【Amiccom A8106 RF 無線調光】 RF 通訊實作（下）

Posted By Ryan Hu on 3 月 12, 2019 in 教學文 | 0 comments

繼上篇【Amiccom A8106 RF 無線調光】 RF 通訊實作（中） 的部分針對發射器(transmitter)大致分享完後，接著就是接受器（receiver）。如果單就 "接收" 這件事來說，實作並沒有太困難，因為和發射的部分非常類似，所以若搞懂了發射的機制，那接收不會是問題。

不過這次的專案在接收端不只是要做接收，還有一個非常重要的功能 - 學習模式。據我得到的 spec 指示，一個控燈的 receiver 要能 (也最多只能) 記住三隻發射器 (也就是 transmitter)，透過 receiver 上的三個 buttons 操作特定的流程 (eg. 長按 button 1)，進入學習模式；進入學習模式後，再依特定的流程記錄某一隻特定的發射器 （eg. 進入學習模式後，某發射器發射訊號，receiver 收到後若 button 2 有被 clicked 兩下，那就拉出 ID 資訊記在 flash 裡），最後再操作離開學習模式的流程。

學習模式的大方向如上所述，實際上要注意的事項還真不少，嚴格來說要完成 receiver 的開發相較於 transmitter 是難上許多的。另外，上篇介紹transmitter 時也有個大重點尚未介紹 - 睡眠模式 (sleep mode)。睡眠模式 (sleep mode) 之所以重要是因為 RF 發射是相當耗電的，比 normal mode 時的耗電還要高上好幾倍，如果不想一直換電池的話這是必須的功能，下方介紹時再一併說明。

以前輩當時根據客戶驗收需求給我的指示，開發的先後順序是：基本 RF 收發功能並且能控模擬的 LED 輸出 -> 睡眠模式 (sleep mode) -> 學習模式 (很可惜，由於當時案子似乎沒談清楚，以及介於我快要離職之際，學習模式並沒有碰到)。

那就照順序從 receiver 的接收功能繼續下去吧！

接收端 (receiver)

如果大家對於上篇文章有印象，要切換到接收端的 code，首先 P3_5 要先設為 0 (或也可用硬體直接控制)，而接收部分的程式碼如下：

unsigned char tmpbuf;

void light_condition_receiver(void);
void RxPacket(void);

void main(void)
{
  //hardware initialization...
  if(P3_5)
  {
    while(1)
    {
      // transmitter code...
    }
  }else
  {
    while(1)
    {
      light_condition_receiver();
    }
  }
}

void light_condition_receiver()
{
  // the variable counts for error bit...
  RFLIB_StrobeCmd(CMD_RX);
  Delay10us(1);
  while((RFLIB_ReadReg(MODEC1_REG) & 0x80)==0x80); //wait receive completed
  
  RxPacket();
  
  // do the light control here...
  // status = tmpbuf...;
  // state = tmpbuf...;
  // if...else if...bunch of code...
  
  WriteFIFO(); // write data to tx fifo
  RFLIB_StrobeCmd(CMD_TX); // entry tx
  Delay10us(1);
  while((RFLIB_ReadReg(MODEC1_REG) & 0x80) == 0x80); //wait receive completed
}

void RxPacket()
{
  unsigned char i,recv;
  for(i=0; i<8; i++) // transmit only 8 bits in my case.
  {
    recv = RFLIB_ReadReg(RXFIFO_REG + i);
    tmpbuf=recv;
    //error checking (bit, byte)...
  }
}

提個外話，相較於前篇把 transmit 的 code 寫在 main，這裡的做法我個人比較喜歡，再寫一個 function 讓 main 看起來比較乾淨 (我習慣分檔案)。

言歸正傳，由於 RF 的發射是廣播 (broadcast) 的方式傳送資料，也就是說當按下發射器並且觸發 RF 發射時，所有通電的 receiver 都會收到這個訊號 (這裡不論強弱)，至於該不該收 (也就是該不該接收某發射器傳來的 data 並做相對應的動作) 是根據開發者用程式碼所定義的，就是所謂 ID 的功用。

還記得 transmitter 將 8 個 bytes 的 data 透過 Packet_Tx 傳出去，裡頭包含了自定義的資料，即每個 byte 所代表的意義都可以自訂，裡頭就包含了 ID (eg. 第 7 個 byte 代表 ID) 以及一些其他重要的資訊。而 light_condition_receiver 這個 function 最主要就是在 “聽空氣中 RF 的訊號”，確定收到後再執行 RxPacket 這個 function 去分析收到的 packet 的內容。

把兩個主要的 function 分別細看，先講 light_condition_receiver() 的部分，如同 transmitter 的 code，這裡也是利用 sample code 寫好的 function - RFLIB_StrobeCmd 做處理，只要把 TX 改成 RX (接收端收資料)，RX 改成 TX (接收端發出 ack)，其實就大功告成，就不浪費篇幅了。

至於 RxPacket()，上圖的 code 不包含 error checking 因此相對簡單許多 (比如說錯幾個 bit 以上要做什麼相對應的處理)，先利用全域的 array - tmpbuf，去存從 packet 讀出來的東西，再利用 tmpbuf 裡的資料回 light_condition_receiver 做下一步的執行 (即註解的 light control 區段)。

大致上單純接收並解析 RF packet 的實作介紹至此，一樣我相信還有許多功能我沒玩到，不過若有問題或發現，歡迎各位同好朋友可以提出來一同討論，指教交流！

基本上專案進行到這裡，已經可以順利控燈了。不過如同文章開頭所說，若不想要一直更換發射器的電池，那編寫發射端的睡眠模式勢在必行 (接收端倒是沒差，因為控燈的裝置是可以持續插著電的)。

睡眠模式 (Sleep mode)

睡眠模式很複雜，至少比我一開始想像的還要困難許多。在分享我開發睡眠模式的過程前，先講有睡眠模式和沒有睡眠模式耗電量的差別，這樣看下去可能會比較有感。根據 A8106 的 datasheet，在一般板子通電預設的狀態下，MCU 會在 normal mode，RF 則會在 sleep mode，在此情形下的耗電量為 5.5 mA (我測的時候的確在 5. 多 mA)。

而 RF 在 TX mode (MCU 仍在 normal mode) 時更是飆高至 17-24 mA 不等。照發射器所使用的電池，如果我沒記錯是 CR2032，容量是 225 mAh，姑且不論電池本身的特性，例如內阻損耗我直接忽略不計 (我甚至記得這種鈕扣電池最大放電電流應該是沒辦法到 17 mA 這麼高...)，在不發射 RF 的情況 (RF in sleep mode)，225 / 5.5 ~= 41 h (小時)，意思是說不到兩天的時間什麼都不做就沒電了，未免太過荒謬...。

為了解決這個棘手的問題，A8106 設計了三個 RF in sleep mode (此時 MCU 是 stop mode) 的狀態，分別為 PM1，PM2 和 PM3 (先不算 PM3 without sleep timer 的部分，此三種 mode 皆是有 sleep timer 的情形)，就拿我使用的 PM2 做例子 (各個 mode 有些差距在此先不提)，耗電量只有 3 uA，整整比原先少了 1700 多倍...，很明顯的高下立判。

而在實作方面，睡眠模式要顧的不外乎兩件事：1. 進入睡眠模式，2. 從睡眠模式醒來。而在我實作的應用中，醒來的唯一目的就是發射 RF，亦即沒要發射就睡，以此方式省電。

然而進入睡眠模式簡單，醒來做事反而難。A8106 有個很有趣的特色 - key interrupt，其三個 port P0, P1, P3 的任何一隻 GPIO 都可以作為外部中斷的媒介，此稱為 key input，可以透過 key interrupt (即外部中斷) 喚醒 A8106 (stop mode -> normal mode) 接著執行這個外部中斷想要執行的程式碼。

若套用到我的實作應用上，上述的 key input 即為使用者按了發射器上的任一按鍵，喚醒 A8106 並且 RF 發射那個按鍵所代表的功能訊息。又若將整個睡眠模式放進原先的程式碼，流程就會變成以下：

通電 -> 進入 RF sleep mode, MCU stop mode -> key input -> key interrupt (RF sleep mode, MCU normal mode) -> 發射 RF -> 進入 RF sleep mode, MCU stop mode。

流程看起來簡明扼要，但每一步所要注意的事情可多了...，包括 key input 的設定 (WUN - wake up enable)，RF mode 和 MCU mode 設定的先後順序，有沒有足夠的時間給 mode 轉換等等都是問題。由於一開始我一直沒有搞清楚整個睡眠模式的流程，導致我到離職那天都尚未破關，現在也沒東西讓我繼續試，因此我最多只能分享到這，實在有點可惜，若後續的專案有這類的需求 (應該很常會有)，屆時我會再分享我的程式碼，並深入解釋其中奧秘 (據說睡眠模式真的很麻煩，各家埋控場奇異的程度比一般的功能都還要高出許多)。

安可爾系列也就到此告一的段落，接下來會是全新也是我正在進行的個人專案，下次見！

（本文同步發表於自造者萊恩；責任編輯：葉于甄）