2.4G串口透传模块,支持AT命令,时分全双工,全部资料开源
本帖最后由 jk36125 于 2014-7-22 18:00 编辑简介：
无线串口模块wirlessUART是由LGT8F08A和廉价nRF24L01模块制作的无线串口透传模块。能够支持AT命令来配置模块的参数。模块可以配置成“PTX”或者“PRX”的角色。“PTX”和“PRX”的叫法来自nRF24L01的文档，在串口数据传输上，这两种角色并没有差别，但一个PTX设备必须和一个PRX设备配对使用。
主要功能：
1. 最大稳定数据传输波特率115200
2. 可以使用AT命令配置串口的格式，包括波特率，数据长度等等
3. 可以使用AT命令配置无线通信频率，通信速率以及发射功率
4. 时分全双工设计，模块可同时收发数据
5. LED显示模块的配对状态
6. 可以安装锂电池实现自供电
双面感光板，完全Homemade，看起来还不错^_^：
做这个主要是想给树莓派使用，这样就可以无线操作Linux的串口终端。在Linux网络配置还没有完成，或者网络连接失败的时候，无法使用ssh登录linux，需要辛苦的将树莓派重新连接上电视上，再接入一个USB键盘来操作。有了无线串口，就可以悠哉的坐在沙发上，直接使用无线串口终端来配置和恢复Linux，不用跪在角落摆弄布满灰尘的视频传输线。
最初我对模块的要求是，只要能够传输命令行就OK。因为LGT8F08A的SPI接口和串口是复用的，所以只能使用软SPI的方式来连接nRF24L01无线模块。这成为了模块传输速度的主要瓶颈。但实际传输的速度比我最初想象的要快的多，经过几天的测试和调整，程序也变得稳定起来。所以，我测试了模块的连续数据传输能力。
我使用超级终端Zmodem文件发送的方式来测试数据传输。因为模块不包含USB接口，所以测试时将它们分别连接在两个USB转串口设备上，两个USB转串口设备同时连接在一个USB-HUB上。在计算机上使用超级终端打开这两个USB串口，进行文件传输操作。这样，我只需要使用1台计算机就能同时测试数据发送和接收。
测试连接图，两个黑色热缩管包裹着的是USB转串口模块：
经过测试，模块可以在115200波特率下，6到8米距离以内较为稳定的传输文件。传输的距离主要取决于nRF24L01模块的质量以及通信速率（可用AT命令来配置）。在2Mbps的无线速度下，最大直线传输距离在10米左右，如果有墙壁的阻挡，信号衰减的更快。因为选用了最便宜的nRF24L01模块，所以我对传输的距离没有怨言。如果使用带天线的nRF24L01模块，我想传输的距离会更远一些。
模块可以安装锂电池供电，因为有些设备串口部分没有将电源引出来，所以模块自供电使用起来对我比较方便。如果你不需要锂电池，可以去除原理图上标明为SELF-POWERED的部分，焊接EXTERN-POWERED部分。
如何进一步提升传输速度
传输速度的瓶颈在于软件SPI方式连接nRF24L01模块。这是因为LGT8F08A的SPI接口和UART接口是复用的。所以，换用有硬件SPI可用的AVR芯片上，相信可以进一步提升传输速度和稳定性。LGT和AVR的之间的移植也不是很困难。但AVR的价格比LGT要贵的多。
使用说明：
在上电时按住AT-MODE键不放可以进入AT命令模式，在这个模式下可以设置模块的各种参数。
红色LED为电池信号：低电量时会开始闪烁，充电时为常亮。
蓝色LED为PTX设备连接信号（PRX设备不使用）：连接成功时为常量，搜索设备时为闪烁。
必须使用一个PTX设备和一个PRX设备配对使用。并且两个设备的无线频率和无线速率必须相同。
硬件原理图：
PDF格式：
软件源代码：
二进制文件：
AT命令说明：
显示所有配置：AT+WHAT?
显示设备角色：AT+ROLE?
显示串口格式：AT+UART?
显示无线频率：AT+RFCH?
显示无线速率：AT+RFDR?
显示无线功率：AT+RFPW?
设置设备角色：AT+ROLE=PRX 或者 AT+ROLE=PTX
设置串口格式：AT+UART=115200,N,8,1 或者 AT+UART=9600,O,8,1 或者 AT+UART=4800,E,9,2
设置无线频率：AT+RFCH=2（频率为2400+2Mhz）或者 AT+RFCH=10（频率为2400+10Mhz）
设置无线速率：AT+RFDR=1M 或者 AT+RFDR=2M
设置无线功率：AT+RFPW=0（最小）或者 AT+RFPW=3（最大）
DIY成本计算：
LGT8F08A-SSOP24 1.85元
nRF24L01模块 4.00元
阻容插座开关LED 2.00元（大约）
感光板PCB 2.00元（大约）
合计：9.85元
增加锂电池：
KB4540(2YL1) 1.20元
140mAh锂电池 8.00元
合计：9.2元 占个沙发，好东西 楼主能说说是怎样实现全双工的吗？
一般24L01是用ACK机制来实现双工通讯。但这个就要求在TX端空闲的时候，也要有数据传输才行。 精彩，谢谢楼主的分析，楼主大侠能给我们讲一下程序的大概流程不，就是串口队列、如何实现缓存等流程。 好东西，收藏表示感谢！ 确实不错，模块看上去简单好用。 无线串口，记录。谢谢LZ mark 顶顶更健康 时分全双工
难道是收发不停切换 mark......... 解释一下时分全双工的原理。
时分全双工，就是TX和RX线路的数据各占用一半的传输时间和传输带宽。
要做到这一点，首先要启用nRF24L01的“ack with payload”功能。PTX设备发送数据以后，PRX设备返回的ACK中，也可以附加上32字节的数据。
如果PTX设备没有数据要发送，就发送空数据包轮询PRX设备。
这样，在满负载传输的时候，就是：
PTX发送32字节数据 -> PRX发送ACK和32字节数据 -> PTX发送32字节数据 ～ etc
TX数据和RX数据相当于各占用了一半的传输带宽。
由于nRF24L01硬件上有32字节FIFO，并且LGT8F08A上开辟了64字节的缓存，所以从串口的角度来看，可以认为是全双工传输。
以上是理论，以下是实际。{:smile:}
实际测试的结果是，数据全双工满负荷传送的时候，还是会出现丢失数据的情况{:sad:}。
这是因为使用了软件SPI传输数据的关系。如果有硬件SPI可用，我想nRF24L01或许可以做到230400全双工传输。 要做到这一点，首先要启用nRF24L01的“ack with payload”功能。PTX设备发送数据以后，PRX设备返回的ACK中，也可以附加上32字节的数据。
如果PTX设备没有数据要发送，就发送空数据包轮询PRX设备。
这样，在满负载传输的时候，就是：
PTX发送32字节数据 -> PRX发送ACK和32字节数据 -> PTX发送32字节数据 ～ etc
TX数据和RX数据相当于各占用了一半的传输带宽。
请问LZ 如果你的 PRX发送ACK和32字节数据 数据传输中数据丢了怎么办？nRF24L01的“ack with payload”功能是否把数据当成 AUTO ACK信号？ 这样是否PRX 就没有了自动重发功能？ 不错！加功放！！！！{:titter:}{:titter:}{:titter:} waterghost 发表于 2014-7-23 09:55
要做到这一点，首先要启用nRF24L01的“ack with payload”功能。PTX设备发送数据以后，PRX设备返回的ACK中 ...
数据的重发和效验都是由nRF24L01自动完成的，只要设置重发次数和间隔时间，其它的不需要MCU干预。 好东西啊，我自己做的那个怎么也不能传输大的数据，一传输大数据就死机了。
这个是个标准长度的尾巴，你能看到这个尾巴说明你的浏览器是正常的。欢迎光临我的淘宝店。 jk36125 发表于 2014-7-23 10:13
数据的重发和效验都是由nRF24L01自动完成的，只要设置重发次数和间隔时间，其它的不需要MCU干预。 ...
文件传输对数据完整性要求很高，不干预是不行的。除非是做玩具遥控，周期性发送同样的上下左右油门数据，偶尔丢包无所谓……
PTX发送数据可以保证很高的可靠性，因为有CRC16和ACK
PRX携带在ACK帧Payload的数据则没法保证。
分析过程如下。正常无干扰：
1-PRX预先填充数据B1到Payload
2-PTX发送一包数据A1
3-PRX收到A1，硬件自动发出之前准备好的Payload数据B1，然后产生中断
4-PRX的MCU处理中断，填充下下一包数据B2到Payload
5-PTX发送下一包数据A2
……
有干扰时，分为两种情况：
1-PTX发送数据过程受干扰，导致PRX没有收到完整数据包，自然也没有自动ACK
——此时PTX会自动重发，能解决掉大部分问题
——如果PTX重发次数满了还是没有成功，这需要MCU介入，重发数据
2-PRX收到完整数据包，但是在自动发送ACK过程受到干扰，导致PTX没有收到完整ACK（PRX已经认为发送成功了，扔掉数据，马上准备下一包数据），所以PTX会自动重发……
——结果就是PRX可能收到多余的数据；PTX丢掉了数据
在实际应用环境（有多个同类2.4G设备，还有WLAN），干扰情况2的概率还是挺大的。
所以我们没有用满32字节Payload，而是参考TCP协议，留出一些作为双方状态指示，每次双方都交换状态，这样PRX会一直查询状态，直到确认PTX已经正确收到ACK，才会准备下一帧数据，确保不会丢数据；PTX也会不停查询PRX状态，直到确认PRX收到了数据，确保不会多发送数据。
坏处就是通信速率降低一半 来学习的 好强大，记号一个 无线通信是个热门应用，值得深入研究。 mmmmmmmmmmmark!{:biggrin:} 这个很有参考价值 好东西，值得研究 好东西，感谢楼主共享。
不用找10块钱的蓝牙串口了 mhw 发表于 2014-7-23 19:26
文件传输对数据完整性要求很高，不干预是不行的。除非是做玩具遥控，周期性发送同样的上下左右油门数据， ...
你说的数据丢失问题，我觉得放在文件传输协议上来解决，比放在传输驱动层上或许更合适一些。
举个实际的例子，我曾经使用超级终端的“Zmodem崩溃于恢复”，通过无线串口来传输文件（这好像也是串口传输文件仅有的几个可怜用处），然后慢慢的在传输的过程中拉远接收双方的距离。
距离增大到一定程度的时候，开始出现丢包现象。距离继续增大以后，出现了非常严重的丢包。
但是文件最后还是传输成功了。
因为Zmodem协议已经处理了发生丢包的情况。所以无线模块只需要发送和接收数据就好了。 {:victory:}{:victory:}{:victory:} 强，谢谢楼主了 jk36125 发表于 2014-7-24 09:26
你说的数据丢失问题，我觉得放在文件传输协议上来解决，比放在传输驱动层上或许更合适一些。
举个实际的 ...
看来应用场合不一样……
用到我们那种透传模块的，都是一些低端的8位甚至4位单片机，不会有复杂的应用层协议，所以要求我们传输层提供可靠的信道，也就是串口发个包，要求必须可靠到达对端，反之亦然。 mhw 发表于 2014-7-24 12:27
看来应用场合不一样……
用到我们那种透传模块的，都是一些低端的8位甚至4位单片机，不会有复杂的应用层 ...
你该叫他们换好一点的单片机{:lol:}
我一直认为，数据都如果飞到空中了，飞进谁的鼻孔都不是没有可能，100%到达只能是一种美好的愿望，就像路飞的onepiece。 jk36125 发表于 2014-7-24 13:57
你该叫他们换好一点的单片机
我一直认为，数据都如果飞到空中了，飞进谁的鼻孔都不是没有可能， ...
传输层软件做好了，上位机几毛钱的OTP单片机都会比你的简单传输层+电脑强……因为消费品周边环境比较恶劣，有的信道被干扰了，应用层怎么重传都没用的……要靠透传模块自身的载波侦听+自动跳频来解决 楼主有中文注释的程序吗？想移植到stm8s103f3p6上（用硬件spi控制24l01没问题），代码看不懂啊，主函数里带usb的程序都用不到吧？突然感觉自己c语言没学好啊。 顶起，很不错 好东西，必须顶！ 记号，收藏 大赞！完全开源。 请问楼主那个晶振用的32768？ 原理图上看是16M吧 占沙发，顶一个 真的很感谢楼主的分享！参考价值不错！ 用LGT8F88A内部RC能跑到32M。SPI接口和串口分开的 不错啊，不知用来做成无线下载程序的功能行不行。 记号，顶一个。 厉害~·有个性 好东西~厉害~·有个性 顶一个，学习了！！ 谢楼主{:smile:} {:smile:} {:smile:} 這真是太方便了. " 数据的重发和效验都是由nRF24L01自动完成的，只要设置重发次数和间隔时间，其它的不需要MCU干预。" 不错的设计 mark joystring 发表于 2014-7-22 18:06
占个沙发，好东西
问遍了宝上卖家，都没有全双工的。
其实原来通过USB--TTL 全双工调试，PLC 下载程序有 很多是需要全双工的，要求应答的实时性特别好，
楼主的这个可以满足这种要求？ 改天做个wifi透传 待我有时间改成STM8的{:lol:} 支持啊........不错............ 长期潜水员,躺枪了,努力发帖升级 设计不错，谢谢 好强大，赞一个先 好东西，谢了 楼主，你的AT指令跑在LGT8F08A这个单片机里面了吗 Mark 看下 好东西，感谢楼主分享。。。 armstrong 发表于 2014-7-23 21:56
无线通信是个热门应用，值得深入研究。
亲，你这头像是哪部片的啊，看得我都醉了 看着不错，有时间研究。 不错,有时间也跟着试一下 顶 感谢楼主分享！ 厉害 那个塑料是用来防静电怕烧了无线模块的么？ 借鉴一下，感谢楼主 收到了感谢楼主 好资料收藏了，{:lol:} mark 收藏！！ 不错，做的挺认真的 谢谢分享................ 楼主好人啊，感谢分享！ mark一个 谢谢分享，学习 谢谢楼主分享，牛人啊！ 不错,仿制一个玩玩! 标记 真不错，自己做了好几天才到30K感谢分享！ 有没有人测试过不加天线，这个模块能传多远？ 不错，下下来好好看看先 好，谢了。{:lol:} 太好了，有空仿制一个 用的什么开发环境? 这个这的很不错，支持一下
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