模組介紹 : faya RF發射接收模組

學習目標 : 認識faya RF發射接收模組的功能及使用方式
學習時間 : 45mins
示範模組 : (1) fayaduino Nano(x2)
                   (2) faya RF發射模組
                   (3) faya RF接收模組


====================功能介紹====================
faya RF發射與接收模組透過簡單的接線，從Arduino的函式下指令，就能輕鬆的傳送和讀取資料，完全不需要有藍芽或Wifi背景知識，使用起來非常方便。

faya RF發射模組外觀如下圖，它的左邊兩個埠分別是Din和NC(No Connection - 無作用)，Din用來接收來自Arduino的數位訊號，內部電路將訊號調變至315MHz的頻段由天線 (ANT)發射設至空氣中。

faya RF接收模組外觀如下圖，它的右邊兩個埠分別是Dout和NC，天線接收到空氣中315MHz頻段訊號後，利用內部的電路還原回數位訊號，然後從Dout埠傳給Arduino接收處理。

注意到我們這個範例需要用到VirtualWire函式庫，函式中以預先設定好腳位，因此連接線路時必須跟著預設腳位連接

Arduino D12 --- RF發射_Din
Arduino D11 --- RF接收端Dout

 ====================原理知識====================

以下解釋提供給有需要知道背後原理的人:

本電路將發射訊號

RF發射模組:
利用315MHz晶體產生在315MHz的諧振電路，並將數位訊號以ASK(Ampliture Shift Keying)調變的方式傳送至空氣中。

電路圖如下所示:

RF接收模組:
電路主角為MICRF002BM RF接收IC，此IC接收頻段為300~440Mhz，按照Datasheet的建議，選擇周邊電阻/電容/電感零件，就能接收315MHz頻段的ASK訊號，並將此ASK訊號解調還原成基頻的數位訊號，詳細資料可以參考Datasheet - 這裡。

電路圖如下所示:

====================範例實作(一)====================

了解模組功能(原理)後，我們用以下範例來展示模組的功能:

目標:

(1)利用Arduino產生"HELLO WORLD"字串，並透過RF發射模組發射
(2)利用Serial Monitor，查看RF接收模組的資訊

接線:

(1) 電源線連接如下圖所示，連接的說明請看這篇文章或簡易版

發射端電源線連接方式:

接收端電源線連接方式:

(2) 訊號線連接  (RF發射模組)

        D12  ==>  RF發射模組_Din

(3) 訊號線連接  (RF接收模組)

        D11  ==>  RF接收模組_Dout

範例程式:
本模組需要使用[VirtulWire]函式庫來傳輸高頻訊號，函式庫可在此[下載]，請在下載後解壓縮在Arduino的Libraries資料夾，重新開啟Arduino後即可使用。

不像藍芽或WiFi傳輸，有些通訊傳輸電路為了成本和功能考量，設計得比較不嚴謹 (也不需要那麼嚴謹)，此時可以利用VirtualWire函式庫輔助訊號完成的傳輸，例如訊號的同步、 錯誤檢查等等，讓訊號能夠完整的傳送和接收。VirtualWire詳細介紹可以參考這邊，Datasheet可由此下載。

發射端:

	// 2019/01/11
	// Faya-Nugget 範例程式 (RF_Transmitter_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya RF發射模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2019/01/RFTransceiver.html
	// 目標: (1)利用Arduino產生"HELLO WORLD!!!"字串，並透過RF發射模組發射
	// (2)利用Serial Monitor，查看RF接收模組的資訊
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// D12 ==> Din (RF發射模組)
	#include <VirtualWire.h> //匯入library
	void setup()
	{
	vw_setup(2000); // 設定RF傳輸速率 (Bits per sec)
	}
	void loop()
	{
	const char *msg = "HELLO WORLD!!!"; //輸入你想發送的訊息資訊
	digitalWrite(13, true); // 發送資料前先點亮內建LED燈
	vw_send((uint8_t *)msg, strlen(msg)); // 使用vw_send()函式傳送發送字串
	vw_wait_tx(); // 使用vw_wait_tx();函式，等待直到全部的字串傳輸完成
	digitalWrite(13, false); // 發送資料結束後關閉內建LED燈
	delay(2000);
	}

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備註:
- L14 : 和UART一樣，發射和接收端的傳輸速率要一致
- L19~24 : 發送字串的指令使用方式固定，需要用到此模組時，修改要傳送的資訊(L19)即可

接收端:

	// 2018/02/06
	// Faya-Nugget 範例程式 (RF_Receiver_1.ino)
	// 單元: 模組介紹-faya RF接收模組
	// 網址: https://fayalab.blogspot.com/2019/01/RFTransceiver.html
	// 目標: (1)利用Arduino產生"HELLO WORLD!!!"字串，並透過RF發射模組發射
	// (2)利用Serial Monitor，查看RF接收模組的資訊
	// 接線: Arduino ==> faya模組
	// D11 ==> Dout (RF接收模組)
	#include <VirtualWire.h> //匯入library
	void setup()
	{
	Serial.begin(9600); // budrate = 9600
	vw_setup(2000); // 設定RF傳輸速率 (Bits per sec)
	vw_rx_start(); // 開始接收資料
	}
	void loop()
	{
	uint8_t buf[VW_MAX_MESSAGE_LEN]; //設定字串緩衝區 (預設為40個字元)
	uint8_t buflen = VW_MAX_MESSAGE_LEN; //緩衝區長度變數，用來記錄接收到多少字元，初始值為最大值
	if (vw_get_message(buf, &buflen)) // 使用vw_get_message()函式開始接收資料
	{
	int i;
	digitalWrite(13, HIGH); // 開始接收資料時先點亮內建LED燈
	for (i = 0; i < buflen; i++)
	{
	Serial.write(buf[i]); // 將接收到的字元一個一個印到超級終端機
	}
	Serial.print(" Buffer Length = ");
	Serial.println(buflen); //印出緩衝區總長度
	digitalWrite(13, LOW);
	}
	}

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備註:
- L21 : 接收資料需要設定資料緩衝區大小，此大小定義在 Libraries資料夾內的 VirtualWire_Config.h，預設值為40個字元，如果預期傳輸的資料大於此字元時，可自行更改
- L24~35: 發送字串的指令使用方式固定，需要用到此模組時，直接套用即可。

範例結果:

將發射和接收程式分別上傳到兩邊的Arduino，傳送和接受資料的期間，兩邊Arduino的內建LED都會亮起。

開啟接收端的[串列埠監控視窗]，即可發現如下畫面

討論:

• 連接此RF模組時，發現當天線往Arduino主板方向時擺設的話，會有接收不良的情況發生，所以請朝外擺設可以讓收訊更良好唷。
• 在沒有阻擋的情形下，筆者能夠穩定的的收到5公尺外的發射訊號，實際上應該可以更遠，前提是用比較好的電源來源，例如筆電的電源或者高品質的USB插座電源，筆者用過低品質的行動電源，傳輸距離超過1.5公尺後，接收到的資料就斷斷續續了
• 本篇範例介紹大家如何簡單的傳輸字串，大家可以把發射端連上搖桿或按鈕，讓搖桿和按鈕的狀態對應到相對地字串指令，接收端收到指令後再進行指令解碼，這樣一個簡單的遙控器就完成囉!

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