看不见的线怎么选：蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、LoRa 与蜂窝网络

上一回把 USB 线剪掉了：CH340 换成 HC-05，小车和手机之间只剩下空气。那一篇的结尾留了一句——它负责把一段串口线变短成空气，其余的都不归它管。

“其余的”就是下面要摊开的东西：无线不止蓝牙一种，而它们之间的差别，比名字上的差别大得多。

先把这几个词摆到各自的层上

要摊开，先得回答一个更容易绕晕的问题：“串口”和“蓝牙”根本不是同一个层面的东西。

串口是接口：两个引脚上的一套电平与时序约定，规定一位多长、一帧几位。它是一条具体的线。

蓝牙是无线协议：规定两台设备怎么在空中找到对方、怎么分组、丢了怎么重发。它是一段看不见的路。

两者能凑到一起，是因为中间站着一个转换模块。HC-05 一头挂蓝牙，一头挂串口——它把空气当成线用。

在单片机这边，“用串口”和“用无线”可以同时成立。大多数无线模块，对单片机来说就是一个串口设备：

无线方案	模块常见长什么样	单片机这头看到的是什么
经典蓝牙（SPP）	HC-05 / HC-06	一个串口设备，用 AT 指令配置
BLE	JDY-08、HC-08 一类透传模块	一个串口设备，用 AT 指令配置
Wi-Fi	ESP8266、ESP32	串口设备（AT 固件），也可能走 SPI
ZigBee	XBee、CC2530 一类模块	一个串口设备，用 AT 指令配置
LoRa	E220、Ra-01 一类模块	串口设备，或者 SPI 上的裸射频
2.4G 点对点	nRF24L01	不是串口设备：SPI 接口，自带地址、通道和 FIFO
蜂窝网络	4G Cat.1、NB-IoT 模块	一个串口设备 + 一张 SIM 卡，用 AT 指令配置

只有 nRF24L01 那一栏是例外，要单说一句：它不说“串口”，而是让程序通过 SPI 读写它的寄存器，自己定义地址、通道和有效载荷。它有六个接收通道，每个包最多 32 字节载荷，收齐了给一个中断通知你。地址怎么分、丢了怎么补、谁来应答，全归程序自己决定。

（GPS 那种是单向“接收”，不算通信，另算一类；北斗还能发短报文，是另一条路。）

一张大表：它们各自解决什么

方案	距离量级	速率量级	功耗	拓扑	另一端是谁
经典蓝牙 SPP	十米级	受串口波特率限制，115200 下约 11 KB/s，提到 460800 能到四十多	中	点对点	手机、电脑
BLE	十米级	低，几 KB/s 级	很低	点对点、星型	手机
Wi-Fi	室内几十米	高，几百 KB/s 到 MB/s 级	高	基础设施（路由器）	路由器、云
ZigBee	十米到上百米，可组网延伸	低	低	网状，节点能互相转发	网关/协调器
LoRa	公里级，看环境	极低，几百 bps 到几 KB/s	极低	星型，一个网关收很多节点	网关
2.4G 点对点	十米到上百米（带功放更远）	低到中，空中速率可到 2Mbps，但一包只 32 字节	低	点对点、一主多从	另一块同款模块
蜂窝网络	有信号就行，几公里到全国	按制式：NB-IoT 几十 kbps 级，4G Cat.1 到 Mbps 级	高，发射瞬间更高	运营商基站	云平台

表里的数字都是量级，不是承诺。同一种方案换一个模块、换一根天线、隔一面墙，差十倍都不奇怪——上一回那个“手机慢慢远离、看错误帧数什么时候开始涨”的实验，量的就是这个东西。

还有三句要补在表外：

• 距离、速率、功耗三者互相拉扯。 想让距离远，速率就得低、发一次就得等；想要带宽大，电流和发热一起上来。没有哪一栏是全面更好的。
• 频段决定谁跟谁抢。 蓝牙、BLE、Wi-Fi、ZigBee、nRF24L01 都挤在 2.4GHz 那一带，所以它们会互相干扰；LoRa 和一部分遥控模块在 433/470/868/915MHz 这些频段上；蜂窝网络走的是运营商的频段。
• 蜂窝是唯一“不需要你自己架另一端”的方案。 别的基本上都得有个手机、路由器或网关在另一头等着。

每一种为什么存在

经典蓝牙解决的是“手机就在旁边，但我懒得插线”。手机原生支持，SPP 让一堆老设备不用改程序就能无线化——上一回走的就是这条路。代价是距离短、速率被串口波特率卡住，还有平台差异：iOS 不给 SPP。

BLE 是蓝牙的省电版本，为“一颗纽扣电池跑几个月”设计的。它把速率和连接频率都压下来换功耗，适合每隔一会儿报几十个字节的状态，不适合连续传波形和图像。手机同样原生支持。

Wi-Fi 是“要直接上互联网”时的默认答案：带宽大，能跑网页、视频、摄像头，路由器现成。代价是功耗大、配网麻烦（SSID 和密码得想办法告诉它）、离了路由器就没有网。

ZigBee 为“很多个节点自己组网”设计。节点不只是终端，还能替别人转发，覆盖范围随着节点增多而延伸，所以智能家居和工业传感里常见。代价是要有一个协调器/网关，而且各家协议栈并不完全通用。

LoRa 用极低的速率换极远的距离和极低的功耗：一个网关能收几公里外几十上百个节点，每个节点几分钟发一条小数据。它传不了图，传的是“温度 23.5”这种事。它占的是免许可频段，功率和发送时长都要守当地的规矩。

2.4G 点对点不经过任何标准协议栈，直接拿裸射频做遥控。延迟低、模块便宜、代码全在自己手里；代价是地址分配、通道选择、重传和配对都得自己写，而且和 Wi-Fi、蓝牙抢同一段频率。

蜂窝网络不用你架网络，插一张卡就能到云。远程设备——共享单车、农机、水表——大多是它。代价也清楚：流量费、功耗高、依赖运营商信号；老制式在退网，新设计要在 NB-IoT 和 Cat.1 这类里面挑。

选型的四个问题

选无线不需要背参数表，按顺序问四个问题就行：

1. 另一端是谁？ 手机 → 蓝牙或 BLE；路由器和云 → Wi-Fi 或蜂窝；另一台自己做的设备 → 2.4G 点对点、ZigBee、LoRa。没有另一端，就没有无线方案可选。
2. 一次要传多少、多久传一次？ 几十个字节、几分钟一次 → BLE、ZigBee、LoRa 都够；连续波形或图像 → 只有 Wi-Fi 和蜂窝撑得住。
3. 要多远？ 一张桌子 → 蓝牙；一个屋子 → BLE 或 Wi-Fi；一个厂区、一片农田 → LoRa 或 ZigBee 组网；跨城市 → 蜂窝。
4. 电从哪来，能撑多久？ 纽扣电池还要跑几个月 → BLE、ZigBee、LoRa；车上有 12V 电池和降压模块，可以不在意 → Wi-Fi 也上得了。

同样是“无线”，落在这辆小车上的四种典型需求，答案差得很远：

你想做的事	顺手的选择	为什么
手机遥控一辆小车	经典蓝牙或 BLE	手机原生支持，距离和带宽都够
让电脑看小车上的画面	Wi-Fi	只有它带宽够
几辆小车之间互通位置	2.4G 点对点或 ZigBee	不经过手机和路由器，自己就能组
把车放到远处回传数据	LoRa 或蜂窝	一个靠距离，一个靠“不用自己架网”

换模块，换掉的到底是什么

这一层要记住的是：换模块时，什么东西会变，什么东西不会变。

不会变的：

• 帧协议。AA 55、长度、校验和、状态机，一个字都不用改——它们描述的是“一串字节里的结构”，跟字节怎么飞过来的没有关系。
• 业务层。前进、停止、差速、PID，不知道命令是从哪来的。
• 解析的入口。把字节一个接一个喂进状态机这件事，无论字节来自中断、DMA 还是无线模块，做法都一样。

会变的：

• 模块管理。 AT 指令集、配对流程、断线重连、配网、SIM 卡和流量——每种方案一套，同一种方案不同固件还可能不一样。
• 供电和功耗。 从“多几毫安”变成“发射瞬间几百毫安甚至更多”，电池和降压模块要重新算一遍。
• 上位机那一头。 VOFA+ 能通过蓝牙生成的 COM 口继续用，因为那头还是个串口；换成 Wi-Fi 之后，对面通常变成一个 TCP 连接，工具得跟着换。

所以“串口”和“蓝牙”必须分开看：串口是接口，这一层基本不变；蓝牙和别的无线方案是链路，这层整体换掉。 混在一起说，就会得出“换个模块得重写整个程序”这种吓人的结论——实际要重写的只是中间那一层。

功耗这笔怎么算

讲缓冲的时候写过“用空间换时间”，无线这里要算的是“用占空比换电池寿命”。

平均电流大约等于待机电流乘上待机时间的占比，加上发射电流乘上发射时间的占比。一个 LoRa 模块待机可能只有几微安，发射时上百毫安，但一天只醒几十次、每次几十毫秒——平均下来小得可以忽略。反过来，一个 Wi-Fi 模块光是保持连接就可能要几十毫安，一直连着，电池是按小时算的。

所以“这个模块功耗多少”问得并不完整。要问的是：它多久醒一次、每次醒多久。 低功耗方案的设计重点从来不是把发射电流压低一点，而是尽量少醒。

一个屋子里十几个模块：频段、名字和波特率

一个人调试的时候，无线链路很干净。一个实验室里十几个同学同时调试的时候，它会突然变脏——偶发丢帧、延迟忽大忽小、连不上，甚至连到别人的车上。这些现象大多不是程序写错了，而是同一件事：空气是公共资源。

2.4GHz 是一块公共场地。 蓝牙、BLE、Wi-Fi、ZigBee、nRF24L01 都在这块场地里，再算上无线键鼠、无线耳机、微波炉。蓝牙的跳频只在同一个连接内部协调：你的手机和你的模块会一起跳，可隔壁那组的手机和模块也在跳，两组的节奏没有谁统一安排。碰撞是必然的，只是多少的问题——表现出来就是延迟抖动、偶发丢帧、连接建立变慢。Wi-Fi 更霸道一些：它占住一段带宽不挪窝，蓝牙的自适应跳频会尽量避开它，但 Wi-Fi 满载时，避让的效果会明显变差。

名字和密码是教室里最实际的两个旋钮。 出厂模块的名字几乎都是同一串字符，密码也几乎都是 1234 或 0000。手机列表里出现十几个同名设备时，你没法确定哪个是自己的；更糟的是，密码一样，别人也能连你的车。给每个模块改一个带编号的名字（CAR-07 这种）、每组用不同的密码，各自只要一条 AT 指令（上一回的指令表里有），能一次性解决“连错”和“被别人连走”。

一个从机同时只能被一个主机连着。 经典蓝牙的串口链路是一对一的。同学连不上你的模块，常见原因不是它坏了，而是它已经被你的手机占着；反过来你连不上，可能是它还在别人的手机里连着。把那一头断开，再连。

波特率不是空中速率，这一点最容易搞混。

• 串口波特率描述的是模块和单片机之间那一段的速度，115200 就是每秒 115200 位；
• 空中速率由协议、距离、干扰和重传共同决定，是另一件事；
• 两者之间隔着一个模块内部缓冲：单片机按 115200 往里灌，模块按自己能达到的节奏往空中发。灌得比发得快，缓冲迟早满，多出来的字节就丢在模块里。 这种丢，单片机的计数看不见——它以为自己已经发出去了。

所以在干扰大、距离远的场合，把波特率降下来反而更稳：9600 给模块留出喘息时间，重传和缓冲都不那么紧张。反过来，在干净环境里把波特率提到 460800 是提速，在嘈杂环境里只是把丢字节换了个地方发生。

能改频点的方案，就把频点分掉。 这是多人同场时最有效的办法：

方案	能调的旋钮	同场地怎么分
经典蓝牙 / BLE	只能改名、改密码；频点由协议自动跳	靠名字和密码区分，错开使用时间
Wi-Fi	可以指定 1/6/11 这类互不重叠的信道	每组一个信道，别都挤在默认那个
nRF24L01 一类 2.4G 模块	有一百多个 1MHz 频点，还能配地址	每组一个频点加一个地址，互不打扰
LoRa	可以改频点和扩频参数	按当地规矩挑频点，同组错开
ZigBee	可以选信道和网络号	同场地给每组不同网络号

经典蓝牙这一栏只能“靠名字和密码区分”，是因为它的跳频由协议规定、不能指定。这不是缺陷，而是它抗干扰付出的代价：你放弃了指定频道的自由，换来的是自动避开坏频道的能力。 只有一个网络时，这是优势；一屋子网络时，它就不够用了。

多人同场调试，按这个顺序做：

1. 每个模块改唯一名字（带组号），每组用不同密码；
2. 需要绑定的场合，把对方地址记下来绑死，别让它随便连；
3. 能分频点、信道或网络号的方案，先分好再开调；
4. 避开 Wi-Fi 满载的时段和位置，尤其是有人在推视频流的时候；
5. 干扰明显时，先把波特率降到 9600 或 38400 试一次，再怀疑别的；
6. 协议层留一手：上一回那套帧有校验和，能发现坏帧；要真正做到“丢了会重来”，还得靠序号加重发（应答帧已经在了，缺的是序号和重发规则）；
7. 现象用数字记，不靠感觉——错误帧数、超时次数、断开次数，各自算一个数。

三个常见误会

“蓝牙最远十米。” 那是标称值。实际取决于天线摆放、遮挡和 2.4G 有多挤；上一回让手机逐步远离、盯着错误帧数的实验，量的就是这个数。

“频段一样就能互通。” 蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、nRF24L01 都在 2.4GHz，可它们说的话完全不同，谁也听不懂谁。同频只意味着互相干扰。

“模块就是协议。” 买到的东西常常是“一颗射频芯片加一块固件”，协议栈由固件实现，AT 指令集由厂家定。上一回那句“AT 指令不能只背一张网上的表”，根子就在这里。

最后橘猫说

“串口”和“蓝牙”不在一个层面上：串口是接口，是 PA9/PA10 上的电平与时序约定；蓝牙是无线协议，是空气里的一段路；两者能凑到一起，是因为中间站着一个转换模块，HC-05 把空气当成了线用。实际接线和编程时，大多数无线模块对单片机来说就是一个串口设备——BLE 透传、Wi-Fi 的 AT 固件、ZigBee、LoRa 都是，唯一的例外是 nRF24L01 那种挂在 SPI 上、自带地址与 32 字节包长、要自己写驱动的裸射频。选型的四个问题按顺序问：另一端是谁、一次传多少多久传一次、要多远、电从哪来能撑多久；落到小车上就是手机遥控用蓝牙、传画面用 Wi-Fi、多车互通用 2.4G 或 ZigBee、远程回传用 LoRa 或蜂窝。换模块时，帧协议、业务层和解析入口一个字都不用改，真正要重写的只有“模块管理”那一层，外加供电和上位机。最后要算的是占空比，不是峰值：低功耗的关键不是发射电流小，而是少醒。还有件事一个人调试时永远遇不到：空气是公共资源——2.4GHz 上挤着蓝牙、Wi-Fi、ZigBee 和一堆无线外设，跳频只在自家网络内协调，所以一屋子模块必然互相碰撞；这时候最管用的旋钮是改名字、改密码、分频点，而波特率要用对——它描述的是模块和单片机之间那一段，不是空中速率，灌得比发得快，字节就丢在模块的缓冲里，单片机的计数器还看不见。

最后蜘蛛说

所以你问我该选哪个？——板子上焊的是网线