自发电遥控开关接收的研究

前面提到了315Mhz和433Mhz 发送接收模块，淘宝上这种发送+接收模块一套只要3.8。

这次文章研究的目标是：如何让接收模块能够收到自发电无线开关（TEL0146）发送的信号。

首先需要对这种模块的基本原理有了解，根据【参考1】资料，它使用调幅AM，OOK方式。我的理解是这种方式下：用无信号表示当前输出为0；发射433.29Mhz的无线信号表示当前输出为1。

此外与这种方式类似还有一种ASK（“振幅键控”）的调制方式：当需要输出0时，发射幅度较低的433.29Mhz的无线信号（下图A1）；当输出1时，发射幅度较高的433.29Mhz的无线信号（下图A2）。

在【参考4】给出的频谱分析的结果中可以更清晰的看到二者区别，左侧是 ASK，右侧是 OOK 方式。

当然，我手上没有频谱仪无法“看”到实际发射的信号，但是我可以使用示波器查看接收模块的输出引脚。接收模块有4个引脚，分别是：GND,DATA,DATA,VCC(中间2个引脚都是用于输出的DATA)。经过实验该接收模块刚好能够接收到手中这个发射器的数据，因此就先用它进行实验。

接下来使用示波器直接观察 DATA引脚，了解一下模块输出的形式。使用的代码是RCSwitch中的例子：

#include <RCSwitch.h>

RCSwitch mySwitch = RCSwitch();

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  mySwitch.enableReceive(2);  // Receiver on interrupt 0 => that is pin #2
}

void loop() {
  if (mySwitch.available()) {
    
    Serial.print("Received ");
    Serial.print( mySwitch.getReceivedValue() );
    Serial.print(" / ");
    Serial.print( mySwitch.getReceivedBitlength() );
    Serial.print("bit ");
    Serial.print("Protocol: ");
    Serial.println( mySwitch.getReceivedProtocol() );

    mySwitch.resetAvailable();
  }
}
复制代码

当按下“开”按钮，模块收到 16529064(0x00FF 36A8)；当按下“关”按钮，模块收到 16529060(0x00FF 36A4).

使用示波器查看接收模块的输出引脚，可以看到如下波形。就是说当没有数据的时候，引脚为高，之后会拉低一段时间，然后发送数据，发送完毕再次拉高。

类似的，当我使用自发电无线开关时，接收模块也会输出类似波形。因此，它无法工作的问题是软件解码的问题，而不是硬件的问题。

在 RCSwitch.cpp 有下面一段代码：

/* Format for protocol definitions:
 * {pulselength, Sync bit, "0" bit, "1" bit, invertedSignal}
 * 
 * pulselength: pulse length in microseconds, e.g. 350
 * Sync bit: {1, 31} means 1 high pulse and 31 low pulses
 *     (perceived as a 31*pulselength long pulse, total length of sync bit is
 *     32*pulselength microseconds), i.e:
 *      _
 *     | |_______________________________ (don't count the vertical bars)
 * "0" bit: waveform for a data bit of value "0", {1, 3} means 1 high pulse
 *     and 3 low pulses, total length (1+3)*pulselength, i.e:
 *      _
 *     | |___
 * "1" bit: waveform for a data bit of value "1", e.g. {3,1}:
 *      ___
 *     |   |_
 *
 * These are combined to form Tri-State bits when sending or receiving codes.
 */
#if defined(ESP8266) || defined(ESP32)
static const VAR_ISR_ATTR RCSwitch::Protocol proto[] = {
#else
static const RCSwitch::Protocol PROGMEM proto[] = {
#endif
  { 350, {  1, 31 }, {  1,  3 }, {  3,  1 }, false },    // protocol 1
};
复制代码

意思是使用高电平和低电平不同的比例来确定当前数值为0还是1.比如：高电平持续350us,然后出现一个1050us的低电平，那就是1：3，在 Protocol 1 中，这个值为0；反之高电平持续1050us,然后出现一个350u的低电平，那就是3:1，表示值为1。

接下来我们要首先查看一下正确的抓取值，然后再反推编码方式。我们使用 rf433snif-main 这个代码，这个是专用用来统计时间的分析工具。

抓取如下，左侧是原始数据，右侧是我们标记的结果(标注了前面49个数据，因为第50个数据有跟着一个很长的延时，猜测是在数据传输过程中一笔数据会重复三次)：

Signal duration: 1445023 us
  N     LOW,  HIGH
-----BEGIN RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----
           , 11166
000    1076,   384    1
001    1072,   384    1
002    1072,   392    1
003    1064,   392    1
004    1064,   392    1
005    1064,   396    1
006     328,  1116    0
007     328,  1120    0
008     324,  1120    0
009     320,  1116    0
010    1060,   396    1
011    1064,   400    0
012     324,  1120    0
013    1056,   408    1
014    1052,   408    1
015     316,  1128    0
016    1048,   412    1
017     312,  1128    0
018    1048,   412    1
019     312,  1136    0
020    1044,   416    1
021     308,  1132    0
022     308,  1136    0
023     308,  1136    0
024     308, 11204    0
025    1048,   412    1
026    1048,   416    1
027    1044,   416    1
028    1044,   416    1
029    1044,   420    1
030    1040,   416    1
031     304,  1140    0
032     304,  1140    0
033     304,  1136    0
034     308,  1136    0
035    1044,   420    1
036    1044,   420    1
037     304,  1136    0
038    1044,   416    1
039    1044,   420    1
040     304,  1140    0
041    1040,   424    1
042     300,  1140    0
043    1040,   420    1
044     300,  1140    0
045    1040,   420    1
046     304,  1140    0
047     304,  1140    0
048     304,  1144    0
049     300, 11224
….中间省略…..
-----END RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----
Waiting for signal...
复制代码

看起来这里的猜测需要一些运气，重新写出来是下面这样：

1	1111	1000	0100	1101	0101	0000	1111	1100	0011	0110	1010	1000
1	F	8	4	D	5	0	F	C	3	6	A	8

有了上述的知识之后，目标非常明确，设定用于接收的GPIO引脚上会出现一个高低电平的的序列，我们需要根据序列的时间间隔来判断无线开关是否有按下。同样的代码抓取（特别注意，下面的序列是通过给自发电开关上电的方法来让其发射，这样更稳定的。具体抓到的原始数据在后面），整理之后可以看到下面的有规律的排列：

3098,104,296,104,296,104,297,104,296,104,296,104,296,104,296,105,296,104,296,104,296,104,296,305,96,304,96,104,296,104,296,305,96,304,96,304,96,304,96,304,97,303,97,103,297,104,296,104,296,104,
复制代码

就说说，拉低3100us，然后是 100us 高，300us低….因此，理论上修改前面的Protocol结构体加入这个特征应该是可以实现的，但是不知道什么原因，无法收到。最终，我编写一个简化版的识别代码：

const unsigned long int SelfSwitch[] =
{
  100, 300, 100, 300, 100, 300, 100, 300, 100, 300,
  100, 300, 100, 300, 100, 300, 100, 300, 100, 300,
  100, 300, 300, 100, 300, 100, 100, 300, 100, 300,
  300, 100, 300, 100, 300, 100, 300, 100, 300, 100,
  300, 100, 100, 300, 100, 300, 100, 300
};

static int receiverPin = 2;
static int interruptPin = 0;
unsigned long lastTime = 0;

unsigned long int timings;
unsigned int pos;
boolean shoot;
void setup() {
  Serial.begin(1000000);
  pinMode(receiverPin, INPUT_PULLUP);
  interruptPin = digitalPinToInterrupt(receiverPin);
  lastTime = micros();
  attachInterrupt(interruptPin, handleInterrupt, CHANGE);
  Serial.println("Waiting INPUT pin HIGH");
  Serial.println(sizeof(SelfSwitch) / sizeof(unsigned long int));
  while (digitalRead(receiverPin) != HIGH) {}
  pos = 0;
  shoot=false;
}
int MaxP=0;

void loop() {
  if (shoot) {
      Serial.println("Fired!");
      shoot=false;
    }
    if (pos>MaxP) {
      Serial.println(pos);
      MaxP=pos;
      }

}

void handleInterrupt() {
  if (pos < sizeof(SelfSwitch) / sizeof(unsigned long int)) {
    timings = micros() - lastTime;
    lastTime = micros();
  }

  // 对于第一个需要特别处理
  if (pos == 0) {
    // 如果第一个在[2900,3100]之间,那么开始记录
    if ((timings > 2900) && (timings < 3100)) {
      pos++;
      return ;
    }
  }
  // 如果超出范围
  if ((timings>SelfSwitch[pos]+80)||(timings<SelfSwitch[pos]-80)) {
      // 超出范围的情况下有可能是新的开始
      if ((timings > 2900) && (timings < 3100)) {
        pos=1;
        return ;
      }
      pos=0;
   } else {
      //没有超过范围,满足要求
      // 如果到达最后一个，表明发生
      if (pos==sizeof(SelfSwitch) / sizeof(unsigned long int)-1) {shoot=true; pos=0;}
      else pos++;
    }
}
复制代码

当接收模块收到信号时，GPIO会拉低，首先判断这个是否为 3000us的起始标志（特别注意，从2900到3100us都会被认定为启示标志。同样的，后面判定的信号也有一个容错范围）。起始之后，逐一对照SelfSwitch中定义的序列，如果相同，那么继续下一个，否则重新开始。这样，如果都能匹配上就认为确实收到了无线开关的发送信号。

经过测试，代码勉强能够工作，需要离得非常近（5CM），并且需要多按下几次。我猜测是因为发射端功率比较小，并且接收模块灵敏度不是很高的缘故。当然，如果真正想用，需要接收模块更好的天线，更加灵敏的芯片，不妨尝试数字无线开关接收端（TEL0142）。

参考：

1.     https://baike.baidu.com/item/433m%E6%97%A0%E7%BA%BF%E6%A8%A1%E5%9D%97?fromModule=lemma_search-box

2.     http://www.energiazero.org/arduino_sensori/Complete%20Guide%20for%20RF%20433MHz%20Transmitter.pdf

3.     https://www.rfwireless-world.com/Terminology/OOK-vs-FSK-vs-ASK.html

4.     https://www.solidremote.com/blog/what-is-ask-and-ook-modulation/

附录：

1.     抓取的能够正常通讯的遥控器数值：

Signal duration: 1445023 us

  N     LOW, HIGH

-----BEGIN RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----

           , 11166

000    1076,   384   

001    1072,   384

002    1072,   392

003    1064,   392

004    1064,   392

005    1064,   396

006     328,  1116

007     328,  1120

008     324,  1120

009     320,  1116

010    1060,   396

011    1064,   400

012     324,  1120

013    1056,   408

014    1052,   408

015     316,  1128

016    1048,   412

017     312,  1128

018    1048,   412

019     312,  1136

020    1044,   416

021     308,  1132

022     308,  1136

023     308,  1136

024     308, 11204

025    1048,   412

026    1048,   416

027    1044,   416

028    1044,   416

029    1044,   420

030    1040,   416

031     304,  1140

032     304,  1140

033     304,  1136

034     308,  1136

035    1044,   420

036    1044,   420

037     304,  1136

038    1044,   416

039    1044,   420

040     304,  1140

041    1040,   424

042     300,  1140

043    1040,   420

044     300,  1140

045    1040,   420

046     304,  1140

047     304,  1140

048     304,  1144

049     300, 11224

050    1036,   420

051    1040,   420

052    1040,   420

053    1044,   416

054    1044,   424

055    1036,   424

056     300,  1144

057     304,  1140

058     304,  1140

059     304,  1140

060    1040,   424

061    1036,   424

062     300,  1144

063    1036,   424

064    1040,   424

065     300,  1144

066    1036,   424

067     304,  1140

068    1040,   428

069     296,  1148

070    1036,   424

071     300,  1144

072     304,  1148

073     300,  1144

074     300, 11232

075    1036,   420

076    1040,   424

077    1036,   424

078    1040,   424

079    1036,   424

080    1036,   424

081     300,  1144

082     300,  1144

083     300,  1144

084     300,  1144

085    1036,   424

086    1036,   424

087     300,  1148

088    1032,   428

089    1040,   420

090     300,  1148

091    1036,   424

092     300,  1144

093    1040,   424

094     300,  1148

095    1032,   428

096     296,  1148

097     300,  1148

098     300,  1148

099     300, 11232

100    1036,   424

101    1040,   420

102    1040,   424

103    1036,   424

104    1036,   424

105    1036,   428

106     296,  1148

107     300,  1144

108     300,  1144

109     300,  1148

110    1036,   424

111    1036,   424

112     300,  1144

113    1036,   424

114    1036,   432

115     296,  1152

116    1032,   424

117     300,  1148

118    1036,   428

119     300,  1144

120    1040,   428

121     296,  1148

122     296,  1144

123     300,  1148

124     296, 11232

125     508,175872

126     200,   880

127     676,   160

128     848,   124

129  200000,     0

130  200000,     0

131  200000,     0

132  200000,     0

133   12296, 11176

134    1072,   392

135    1064,   396

136    1064,   396

137    1064,   400

138    1060,   404

139    1056,   404

140     316,  1132

141     312,  1128

142     312,  1128

143     316,  1128

144    1052,   412

145    1048,   412

146     312,  1128

147    1052,   408

148    1048,   412

149     312,  1132

150    1048,   412

151     312,  1132

152    1048,   412

153     312,  1132

154    1048,   412

155     312,  1132

156     312,  1136

157     308,  1136

158     308, 11212

159    1048,   412

160    1048,   412

161    1048,   416

162    1044,   416

163    1044,   412

164    1048,   416

165     308,  1136

166     308,  1136

167     308,  1136

168     308,  1136

169    1048,   416

170    1044,   416

171     308,  1132

172    1048,   416

173    1044,   416

174     308,  1136

175    1044,   416

176     308,  1140

177    1040,   416

178     308,  1140

179    1044,   416

180     308,  1140

181     308,  1140

182     304,  1140

183     304, 11224

184    1044,   416

185    1044,   416

186    1044,   416

187    1044,   416

188    1044,   416

189    1048,   420

190     304,  1144

191     304,  1136

192     308,  1140

193     304,  1140

194    1044,   416

195    1044,   420

196     308,  1140

197    1044,   420

198    1044,   420

199     304,  1140

200    1044,   420

201     304,  1140

202    1044,   420

203     304,  1140

204    1044,   420

205     304,  1140

206     308,  1140

207     304,  1140

208     308, 11228

209    1044,   420

210    1040,   420

211    1040,   420

212    1040,   420

213    1044,   416

214    1044,   416

215     308,  1144

216     304,  1140

217     308,  1144

218     300,  1140

219    1044,   416

220    1044,   420

221     308,  1136

222    1040,   420

223    1040,   424

224     300,  1144

225    1040,   424

226     300,  1144

227    1040,   420

228     304,  1144

229    1040,   420

230     304,  1140

231     304,  1140

232     304,  1140

233     304, 11236

234    1040,   416

235    1044,   420

236    1044,   420

237    1044,   420

238    1044,   420

239    1044,   420

240     304,  1140

241     304,  1148

242     300,  1140

243     308,  1136

244    1044,   420

245    1040,   420

246     304,  1140

247    1040,   420

248    1040,   424

249     304,  1140

-----END RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----

Waiting for signal...

2.抓取的自发电开关数据。

⸮⸮)⸮Signal duration: 210193 us

  N     LOW, HIGH

-----BEGIN RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----

           , 38599

000     116,  3084

001     112,   284

002     108,   288

003     108,   284

004     112,   284

005     108,   284

006     112,   284

007     112,   284

008     112,   284

009     112,   284

010     108,   284

011     108,   288

012     308,    88

013     308,    88

014     108,   288

015     108,   288

016     308,    92

017     304,    92

018     304,    92

019     304,    92

020     304,    92

021     304,    92

022     104,   292

023     104,   292

024     104,   292

025     104,  3092

026     104,   288

027     104,   292

028     104,   292

029     104,   292

030     104,   292

031     104,   292

032     104,   292

033     104,   292

034     104,   292

035     104,   292

036     104,   292

037     304,    92

038     304,    92

039     104,   292

040     104,   292

041     304,    92

042     304,    92

043     304,    92

044     108, 98916

045      36,  1072

046      40,  2668

047      68,   740

048      64,  3240

049     148,    28

050      36,  2304

051      40,   392

052      32,   600

053      60,    48

054     216,   856

055      20,   588

056     128,   284

057      20,   876

058      48,   392

059      36,  1696

060      72,   988

061      60,   360

062      84,   104

063      24,  1220

064     128,   140

065      64,   216

066      52,  1108

067      52,    96

068      32,   100

069      16,   176

070      44,   760

071      88,   192

072      60,   648

073     100,   720

074     196,   752

075     100,  1136

076      96,    68

077      32,   288

078      52,   284

079      20,   176

080     136,   372

081      24,    60

082      60,   140

083      56,    76

084     352,   492

085      36,   320

086      76,   244

087     100,   144

088     364,   720

089      68,   132

090     204,   336

091     236,    32

092     100,   100

093     232,   380

094     192,    28

095     264,   132

096      28,    28

097     136,   752

098      60,   312

099      88,   360

100     236,   588

101     104,   432

102      92,   156

103      56,    40

104     176,   252

105      72,   456

106      36,    92

107     160,    88

108     112,   336

109     232,    56

110     264,    80

111      56,   160

112     136,    44

113     272,    88

114     136,    40

115     108,   112

116     372,    84

117      56,   532

118     284,    48

119     360,    88

120      36,   164

121      80,    88

122      88,   212

123      64,    12

124      32,   116

125     124,   192

126     376,   260

127     112,   296

128      56,    84

129     128,   328

130     128,   592

131     200,   608

132     380,   172

133      40,   140

134     100,   148

135      56,   480

136      64,   356

137     640,   356

138     120,    12

139      16,   220

140     124,   536

141     320,    84

142      60,    80

143      44,   128

144     120,    52

145      72,    44

146     108,    36

147     204,    76

148      88,   224

149     308,   108

150       8,    52

151      64,     8

152     128,    36

153      80,   428

154     204,    96

155     108,    68

156      88,   180

157     116,    28

158     172,   136

159      76,    40

160      92,    84

161      52,   516

162     472,   472

163     156,    84

164     292,   368

165     180,   120

166     268,   196

167     248,     0

168     188,   236

169     172,   104

170      24,    36

171     140,   180

172     180,   192

173     108,   136

174     112,   140

175      72,    16

176     292,    48

177     164,   136

178       8,   240

179      76,    92

180     156,    32

181     264,   292

182     600,   260

183      88,    76

184     412,    88

185     108,   184

186      60,    52

187     236,     0

188     168,    68

189      76,    80

190     100,   568

191     436,   156

192     108,    72

193      68,   304

194     120,   544

195       4,    20

196     180,    68

197      48,    48

198     188,   244

199     160,   104

200     496,   184

201     148,   276

202       8,   116

203      64,    24

204     168,   520

205      20,   172

206     104,   340

207     108,    72

208     384,    48

209     164,   164

210     176,    76

211     228,    40

212     200,   248

213     188,   132

214     328,    92

215     152,   112

216     176,    64

217     132,    80

218      76,   144

219     196,   228

220     140,    40

221      16,   280

222     272,   100

223     900,   152

224      48,    92

225     572,    52

226      68,   196

227     120,   256

228     156,   128

229      48,    48

230      36,   128

231     772,   232

232     516,    60

233     272,   172

234     164,    92

235     568,   144

236      80,   120

237      16,     8

238     164,    28

239      16,    88

240     304,   180

241     652,   340

242      48,   108

243     116,    32

244     264,    36

245     200,   192

246     448,    68

247     180,   552

248      80,    80

249      80,    76

-----END RF433 LOW HIGH SEQUENCE-----

Waiting for signal...

本位接收的完整代码：

SelfPowerReciver.zip

用于监听信号的代码：
rf433snif-main.zip

厉害厉害！！

赞赞赞赞赞

厉害厉害

不错不错