AX5043無線串口模塊技術

一、模塊介紹

一. 1.1 簡介

E52-TTL-50 是一款 315M 直插型無線串口模塊(UART),半雙工,收發一體,透明傳輸方式,發射功率 50mW , 工作在313~325.6MHz 遙控頻段(默認 315MHz),TTL 電平輸出,兼容 3.3V 與 5V 的 IO 口電壓,具有空中喚醒功能(超低功耗)。

模塊具有軟件 FEC 前向糾錯算法,其編碼效率較高,糾錯能力強,在突發干擾的情況下,能主動糾正被干擾的數據包,大大提高可靠性和傳輸距離。在沒有 FEC 的情況下,這種數據包只能被丟棄。

模塊具有數據加密和壓縮功能。模塊在空中傳輸的數據,具有隨機性,通過嚴密的加解密算法,使得數據截獲失去意義。而數據壓縮功能有概率減小傳輸時間,減小受干擾的概率,提高可靠性和傳輸效率。


序號

產品特點

特點描述

1

窄帶傳輸

窄帶傳輸具有功率密度集中,傳輸距離遠,抗干擾能力強的優勢,在同樣功率下比其它同類產品

的傳輸距離大大增加,50mW 發射功率可與普通 100~200mW 功率的模塊媲美。

2

超低功耗

即空中喚醒功能,特別適用于電池供電的應用方式:

當模塊處于省電模式下即模式 2 時,配置模塊的接收響應延時時間可調節模塊的整機功耗,模塊

可配置的最大接收響應延時為 2000ms,在此配置下模塊的平均電流約 30uA。

3

定點發射

支持地址功能,主機可發射數據到任意地址、任意信道的模塊,達到組網、中繼等應用方式: 例如:模塊 A 需要向模塊 B(地址為 0x00 01,信道為 0x80)發射數據 AA BB CC,

其通信格式為:00 01 80 AA BB CC,

其中 00 01 為模塊 B 地址,80 為模塊 B 信道,

則模塊 B 可以收到 AA BB CC(其它模塊不接收數據)。

4

廣播監聽

將模塊地址設置為 0xFFFF:

可以監聽相同信道上的所以模塊的數據傳輸;

發送的數據,可以被相同信道上任意地址的模塊收到,從而起到廣播和監聽的作用。

5

前向糾錯

模塊具有軟件 FEC 前向糾錯算法:

其編碼效率較高,糾錯能力強,在突發干擾的情況下,能主動糾正被干擾的數據包,大大提高可

靠性和傳輸距離;在沒有 FEC 的情況下,這種數據包只能被丟棄。

6

休眠功能

當模塊處于休眠模式下即模式 3 時,無線接收關閉單片機處于休眠狀態;

此時整機功耗約幾 uA,在此模式下模塊仍然可接收 MCU 發過來的配置數據(更改模塊參數)。

7

適用環境

315M 屬于遙控頻段,穿透繞射性強于 2.4G、433M,適用于一般工業環境、生活環境。

更多功能介紹請查看相關應用文檔

1.2 參數

序號

參數名稱

參數值

描述

1

模塊尺寸

21 * 36mm

不含 SMA

2

平均重量

6.7g

含 SMA

3

工作頻段

313~325.6MHz

默認 315MHz,信道數 64

4

生產工藝

無鉛工藝,機貼

無線類產品必須機貼方能保證批量一致性和可靠性

5

接口方式

1 * 7 * 2.54mm

直插

6

供電電壓

2.1~ 5.5V DC

注意:高于 5.5V 電壓,將導致模塊永久損毀

7

通信電平

3.3V

推薦使用 3.3V,可以兼容至最高 5.2V

8

實測距離

2000m

晴朗空曠,最大功率,天線增益 5dBi,高度 2m,1.2k 空中速率

9

發射功率

17dBm

約 50mW ,4 級可調(17、14、10、7dBm),

10

空中速率

1.2kbps

8 級可調(1.2、2.4、4.8、9.6、19.2、38.4、50、70kbps)

11

休眠電流

2.0uA

模式 3(M0=1,M1=1)

12

發射電流

55mA@17dBm

電源必須提供 150mA 以上電流輸出能力

13

接收電流

10mA

模式 0、模式 1

14

通信接口

UART 串口

8N1、8E1、8O1,從 1200 ~ 115200 共 8 種波特率

15

驅動方式

UART 串口

可設置成推挽/上拉、漏極開路

16

發射長度

緩存 512 字節

內部自動分包 43 字節發送

17

接收長度

緩存 512 字節

內部自動分包 43 字節發送

18

模塊地址

可配置 65536 個地址

便于組網,支持定點傳輸、廣播傳輸

19

空中喚醒

支持

最低平均功耗約 30uA(適用于電池供電的應用方式)

20

RSSI 支持

內置智能化處理

無需關心

21

天線接口

SMA-K

外螺紋內孔,50Ω特性阻抗

22

工作溫度

-40 ~ +85℃

工業級

23

工作濕度

10% ~ 90%

相對濕度,無冷凝

24

儲存溫度

-40 ~ +125℃

工業級

25

接收靈敏度

-126dbm@1.2kbps

接收靈敏度和串口波特率、延遲時間無關

1.3 產品


產品型號

接口

頻率

Hz

功率

dBm

距離

km

空中速率

bps

產品尺寸

mm

封裝形式

E52-TTL-50

UART

315M

17

2.0

1.2k~70k

21*36

直插

E52 系列的各個型號可以互通,大小功率可以搭配使用

1.4 問題

序號

問題

描述

1

空中速率

建議盡可能使用低速,空中速率越高,通信距離越近,丟包率也會越高。

2

天線選擇

天線和模塊必須頻率匹配,增益越高越好,駐波比越小越好,建議優先選擇吸盤天線。

3

出現亂碼

一種原因是串口波特率不匹配,另一種原因是電源供電能力不足。

4

延遲過高

關閉收發兩端的 FEC 糾錯功能、提高空中速率都可以減小延遲。

5

接收響應時間

只在模式 1、模式 2 下有效,時間設定越長功耗越低,接收延遲也會越高。

二. 功能簡述
 2
.1 定義

1

引腳序號

引腳名稱

引腳方向

引腳用途

1

M0

輸入

(極弱上拉)

和 M1 配合,決定模塊的 4 種工作模式。

(不可懸空,如不使用可接地)

2

M1

輸入

(極弱上拉)

和 M0 配合,決定模塊的 4 種工作模式。

(不可懸空,如不使用可接地)

3

RXD

輸入

TTL 串口輸入,連接到外部 TXD 輸出引腳;

可配置為漏極開路或上拉輸入,詳見參數設置。

4

TXD

輸出

TTL 串口輸出,連接到外部 RXD 輸入引腳;

可配置為漏極開路或推挽輸出,詳見參數設置。

5

AUX

輸出

用于指示模塊工作狀態;

用戶喚醒外部MCU,上電自檢初始化期間輸出低電平; 可配置為漏極開路輸出,或推挽輸出,詳見參數設置。

(可以懸空)

6

VCC

模塊電源正參考,

電壓范圍:2.1V ~ 5.5V DC

7

GND

模塊地線

8

固定孔

固定孔

9

固定孔

固定孔

10

固定孔

固定孔

2.2

序號

模塊與單片機簡要連接說明(上圖以 STM8L 單片機為例)

1

無線串口模塊為 TTL 電平,請與 TTL 電平的 MCU 連接。

2

某些 5V 單片機,可能需要在模塊的 TXD 和 AUX 腳加 4~10K 上拉電阻。

2.3 復位

序號

模塊復位描述

1

模塊上電后,AUX  將立即輸出低電平,并進行硬件自檢,以及按照用戶參數進行工作方式設置。在此過程中,

AUX 保持低電平,完畢后 AUX 輸出高電平,并按照 M1M0 組合而成的工作模式開始正常工作。所以,用戶

需要等待 AUX 上升沿,作為模塊正常工作的起點。

2.4 AUX

AUX 用于無線收發緩沖指示和自檢指示。

它指示模塊是否有數據尚未通過無線發射出去,或已經收到無線數據是否尚未通過串口全部發出,或模塊正在初始化自檢過程中。

序號

功能詳解

1

【串口數據輸出指示】用于喚醒休眠中的外部MCU

2


2

【無線發射指示】

緩沖區空:內部 512 字節緩沖區的數據,都被寫入到無線芯片(自動分包。當 AUX=1 時用戶連續發起小于512 字節的數據,不會溢出。當 AUX=0 時緩沖區不為空:內部 512 字節緩沖區的數據,尚未全部寫入到無線芯片并開啟發射,此時模塊有可能在等待用戶數據結束超時,或正在進行無線分包發射。【注意】:AUX=1并不代表模塊全部串口數據均通過無線發射完畢,也可能最后一包數據正在發射中。

3

3

【模塊正在配置過程中】僅在復位和退出休眠模式的時候

4


序號

AUX 注意事項

1

上述功能 1 和功能 2,輸出低電平優先,即:滿足任何一個輸出低電平條件,AUX 就輸出低電平;

當所有低電平條件均不滿足時,AUX 輸出高電平。

2

當 AUX 輸出低電平時,表示模塊繁忙,此時不會進行工作模式檢測;

當模塊 AUX 輸出高電平后 1ms 內,將完成模式切換工作。

3

用戶切換到新的工作模式后,至少需要在 AUX 上升沿 2ms 后,模塊才會真正進入該模式;

如果 AUX 一直處于高電平,那么模式切換將立即生效。

4

用戶從模式 3(休眠模式)進入到其他模式或在復位過程中,模塊會重新設置用戶參數,期間 AUX 輸出

低電平。

三. 工作模式

模塊有四種工作模式,由引腳 M0、M1 設置;詳細情況如下表所示:

模式(0-3

M0

M1

模式介紹

備注

0 一般模式

0

0

串口打開,無線打開,透明傳輸

接收方必須是模式 0、1

1 喚醒模式

1

0

串口打開,無線打開;

和模式 0 唯一區別:數據包發射前,自動增加喚醒碼,

這樣才能喚醒工作在模式 2 的接收方

接收方可以是模式 0

接收方可以是模式 1

接收方可以是模式 2

2 省電模式

0

1

串口接收關閉,無線處于空中喚醒模式,收到無線數

據后,打開串口發出數據。

發射方必須模式 1

該模式下不能發射

3 休眠模式

1

1

模塊進入休眠,可以接收參數設置命令

詳見工作參數詳解

 3.1 切換

序號

備注

1

用戶可以將 M1、M0 進行高低電平組合,確定模塊工作模式。可使用 MCU 的 2 個GPIO 來控制模式切換; 當改變 M1、M0 后:若模塊空閑,1ms 后,即可按照新的模式開始工作;

若模塊有串口數據尚未通過無線發射完畢,則發射完畢后,才能進入新的工作模式;

若模塊收到無線數據后并通過串口向外發出數據,則需要發完后才能進入新的工作模式;

所以模式切換只能在 AUX 輸出 1 的時候有效,否則會延遲切換。

2

例如:在模式 0 或模式 1 下,用戶連續輸入大量數據,并同時進行模式切換,此時的切換模式操作是無效的; 模塊會將所有用戶數據處理完畢后,才進行新的模式檢測;

所以一般建議為:檢測 AUX 引腳輸出狀態,等待 AUX 輸出高電平后 2ms 再進行切換。

3

當模塊從其他模式被切換到休眠模式時,如果有數據尚未處理完畢;

模塊會將這些數據包括收和發處理完畢后,才能進入休眠模式。這個特征可以用于快速休眠,從而節省功耗; 例如:發射模塊工作在模式 0,用戶發起串口數據“12345”,然后不必等待 AUX 引腳空閑高電平,可以直接切換到休眠模式,并將用戶主 MCU 立即休眠,模塊會自動將用戶數據全部通過無線發出后,1ms 內自動進入休眠;

從而節省MCU 的工作時間,降低功耗。

4

同理,任何模式切換,都可以利用這個特征,模塊處理完當前模式事件后,在 1ms 內,會自動進入新的模式; 從而省去了用戶查詢 AUX 的工作,且能達到快速切換的目的;

例如從發射模式切換到接收模式;

用戶MCU 也可以在模式切換前提前進入休眠,使用外部中斷功能來獲取 AUX 變化,從而進行模式切換。

5

此操作方式是非常靈活而高效的,完全按照用戶 MCU 的操作方便性而設計,并可以盡可能降低整個系統的工作

負荷,提高系統效率,降低功耗。

3.2 0

類型

M0 = 0M1 = 0 時,模塊工作在模式 0

發射

模塊接收來自串口的用戶數據,模塊發射無線數據包長度為 43 字節,當用戶輸入數據量達到 43 字節時,模塊將啟動無線發射,此時用戶可以繼續輸入需要發射的數據;

當用戶需要傳輸的字節小于 43 字節時,模塊等待 3 字節時間,若無用戶數據繼續輸入,則認為數據終止,此時模塊將所有數據包經過無線發出;

當模塊收到第一個用戶數據后,將 AUX 輸出低電平,當模塊把所有數據都放入到 RF 芯片并啟動發射后,AUX 輸出高電平;

此時,表明最后一包無線數據已經啟動發射,用戶可以繼續輸入長達 512 字節的數據;

通過模式 0 發出的數據包,只能被處于模式 0、模式 1 的接收模塊收到。

接收

模塊一直打開無線接收功能,可以接收來自模式 0、模式 1 發出的數據包;

收到數據包后,模塊 AUX 輸出低電平,并延遲 5ms 后,開始將無線數據通過串口 TXD 引腳發出,所有無線數

據都通過串口輸出后,模塊將 AUX 輸出高電平。

3.3 1

類型

M0 = 1M1 = 0 時,模塊工作在模式 1

發射

模塊啟動數據包發射的條件與 AUX 功能都等同于模式 0;

唯一不同的是:模塊會在每個數據包前自動添加喚醒碼,喚醒碼的長度取決于用戶參數中設置的喚醒時間; 喚醒碼的目的是用于喚醒工作在模式 2 的接收模塊;

所以,模式 1 發射的數據可以被模式 0、1、2 收到。

接收

等同于模式 0。

3.4 2

類型

M0 = 0M1 = 1 時,模塊工作在模式 2

發射

模塊處于休眠狀態,串口被關閉,無法接收來自外部 MCU 的串口數據,所以該模式不具有無線發射功能。

接收

在模式 2 下,要求發射方必須工作在模式 1;

定時監聽喚醒碼,一旦收到有效的喚醒碼后,模塊將持續處于接收狀態,并等待整個有效數據包接收完畢;

然后 AUX 輸出低電平,延遲 5ms 后,打開串口將收到的無線數據通過 TXD 發出,完畢后將 AUX 輸出高電平; 無線模塊繼續進入“休眠 - 監聽”的工作狀態(polling);

通過設置不同的喚醒時間,模塊具有不同的接收響應延遲(最長 2s)和平均功耗(最小 30uA);

用戶需要在通訊延遲時間和平均功耗之間取得一個平衡點。

3.5 3

類型

M0 = 1M1 = 1 時,模塊工作在模式 3

發射

無法發射無線數據。

接收

無法接收無線數據。

配置

休眠模式可以用于模塊參數設置,使用串口 9600、8N1,通過特定指令格式設置模塊工作參數。

注意

當從休眠模式進入到其他模式,模塊會重新配置參數,配置過程中,AUX 保持低電平;

完畢后輸出高電平,所以建議用戶檢測 AUX 上升沿。

3.6 測試

步驟

具體操作

1

將 USB 測試板(E15-USB-T2)插上電腦,確保驅動已經安裝正確;

插上 USB 測試板上的模式選擇跳線(即 M1=0,M0=0)。

2

選擇 3.3V 或 5V 供電均可(模塊支持 2.1~5.5V)。

3

運行“串口調試助手”軟件,并選擇正確的串口號,觀察發送窗口和對應的接收窗口。

四. 指令格式
 
休眠模式(模式 3:M0=1,M1=1)下,支持的指令列表如下(設置時,只支持96008N1 格式):

序號

指令格式

詳細說明

1

C0+工作參數

16 進制格式發送C0+5 字節工作參數,共 6 字節,必須連續發送(掉電保存)

2

C1+C1+C1

16 進制格式發送三個 C1,模塊返回已保存的參數,必須連續發送。

3

C2+工作參數

16 進制格式發送C2+5 字節工作參數,共 6 字節,必須連續發送(掉電不保存)

4

C3+C3+C3

16 進制格式發送三個 C3,模塊返回版本信息,必須連續發送。

5

C4+C4+C4

16 進制格式發送三個 C4,模塊將產生一次復位,必須連續發送。

4.1 參數


型號

出廠默認參數值:C0 00 00 18 0A 44

模塊型號

頻率

地址

信道

空中速率

波特率

串口格式

發射功率

E52-TTL-50

315MHz

0x0000

0x0A

1.2kbps

9600

8N1

50mW

4.2 讀取

指令格式

詳細說明

C1+C1+C1

在休眠模式下(M0=1,M1=1),向模塊串口發出命令(HEX 格式):C1 C1 C1,

模塊會返回當前的配置參數,比如:C0 00 00 18 0A 44。

4.3

指令格式

詳細說明

C3+C3+C3

在休眠模式下(M0=1,M1=1),向模塊串口發出命令(HEX 格式):C3 C3 C3, 模塊會返回當前的配置參數,比如:C3 52 xx yy;

此處的 52 代表模塊型號(E52 系列),xx 就是版本號,yy 代指模塊其他特性。

4.4 指令

指令格式

詳細說明

C4+C4+C4

在休眠模式下(M0=1,M1=1),向模塊串口發出命令(HEX 格式):C4 C4 C4, 模塊將產生一次復位;

復位過程中,模塊進行自檢,AUX 輸出低電平,復位完畢后,AUX 輸出高電平,模塊開始

正常工作。此時,可以進行模式切換或發起下一條指令。

4.5 指令

序號

名稱

描述

備注

0

HEAD

固定 0xC0 或 0xC2,表示此幀數據為控制命令

l 必 須 為 0xC0 或 C2 C0:所設置的參數會掉電保存。

C2:所設置的參數不會掉電保存。


1

ADDH

模塊地址高字節(默認 00H)

00H-FFH

2

ADDL

模塊地址低字節(默認 00H)

00H-FFH

3

SPED

速率參數,包括串口速率和空中速率

7,6:串口校驗位

00:8N1(默認)

01:8O1

10:8E1

11:8N1(等同 00)

-------------------------------------------------

5,4,3TTL 串口速率(bps)

000:串口波特率為 1200

001:串口波特率為 2400

010:串口波特率為 4800

011:串口波特率為 9600(默認)

100:串口波特率為 19200

101:串口波特率為 38400

110:串口波特率為 57600

111:串口波特率為 115200

-------------------------------------------------

2,1,0無線空中速率(bps)

000:空中速率為 1.2k(默認)

001:空中速率為 2.4k

010:空中速率為 4.8k

011:空中速率為 9.6k

100:空中速率為 19.2k

101:空中速率為 38.4k

110:空中速率為 50k

111:空中速率為 70k

l 通信雙方串口模式可以不同

---------------------------------------

l 通信雙方波特率可以不同

l 串口波特率和無線傳輸參數無關, 不影響無線收發特性。

-------------------------------------

l 空中速率越低,距離越遠,抗干擾性能越強,發送時間越長。

l 通信雙方空中無線傳輸速率必須相同。

4

CHAN

7, 6保留未用

-------------------------------------------------

5,4,3,2,1,0:

通信頻率(313M + CHAN * 0.2M)

(默認 0AH:315MHz)

l 寫入任何數據將被忽略,建議 0

---------------------------------

l 00H-3FH(64 信道,對應

313.0 ~ 325.6MHz

5

OPTION

7,定點發送使能位(MODBUS)

0: 透明傳輸模式(默認)

1: 定點傳輸模式

-------------------------------------------------

6IO 驅動方式默認 1)

1:TXD、AUX 推挽輸出,RXD 上拉輸入

0:TXD、AUX 開路輸出,RXD 開路輸入

-------------------------------------------------

5,4,3無線喚醒時間對接收方來說,是監聽間隔時間;對發射方來說,是持續發射喚醒碼的時間)

000:250ms(默認)

001:500ms

010:750ms

011:1000ms

100:1250ms

101:1500ms

110:1750ms

111:2000ms

l 為 1 時,每個用戶數據幀的前 3 個字節作為高、低地址、信道。發射時,模塊改變自身地址和信道, 完畢后,恢復原有設置。

-------------------------------------

l 該位用于使能模塊內部上拉電阻漏極開路方式電平適應能力更強, 某些情況下可能要外部上拉電阻

-------------------------------------

l 工作在模式 0 下該延遲時間無效。

l 發射方工作在模式 1,將持續發射相應時間的喚醒碼。

l 接收方工作在模式 2,此時間是指接收方的監聽間隔時間(無線喚醒),只能收到工作在模式 1 下發射方的數據。

l 發射方設置的喚醒時間不能小于接收方的監聽間隔時間,否則可能丟失數據,當雙向通信時,雙方可把喚醒時間設置一致。

l 喚醒時間越大平均接收電流越低。

QQ截圖20200110174207

五. 參數配置

步驟

操作

詳細說明

1

安裝驅動

請先安裝資料包中USB 轉接板驅動程序(CP2102)。

2

拔下跳線

拔掉USB 轉接板上 M0、M1 處的跳線帽,如下圖所示;電源跳線帽選 3.3V 或 5V 皆可。

3

連接模塊

將模塊插入轉接板的 7PIN 座,天線端向外;然后將轉接板插入電腦USB 口。

4

打開串口

打開我司的參數配置軟件,選擇相應的串口號然后點擊“打開串口”;

5

進入界面

點擊“讀取模塊參數”,界面如下圖所示;

如果讀取失敗,請檢查模塊是否處于模式 3,或是否已安裝轉接板驅動程序。

6

寫入參數

根據需要更改相應配置,請調整需要修改的參數;點擊“寫入”按鈕,把新參數寫入到模塊。

7

完成操作

如果需要重新配置請按“第五步”操作;如果配置完成請先點擊“關閉串口”然后取下模塊。

8

命令配置

單片機可使用命令配置模塊參數,具體配置詳見上文《指令格式-參數設置指令》。

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