一、前言
1.1 开发背景
本实验通过CC2530单片机接入光敏传感器和热敏传感器，进行数据采集与检测，并将检测结果通过串口终端输出。光敏传感器和热敏传感器是常见的环境感知设备，分别用于测量光强和温度。在实际应用中，这些传感器能够提供实时的数据，广泛用于自动化控制、环境监测等领域。
CC2530单片机作为本实验的核心控制单元，具备丰富的GPIO接口，可以方便地连接各种传感器并进行数据采集。通过配置GPIO引脚，CC2530能够读取来自光敏传感器和热敏传感器的输出信号。实验中，光敏传感器和热敏传感器分别通过模拟信号（AO）或TTL开关信号（DO）输出数据，CC2530通过P0.5引脚读取这些信号，进而处理并将结果输出至串口终端进行监控。
通过本实验，不仅能够掌握如何使用CC2530单片机与外部传感器进行数据交互，还能深入理解光敏和热敏传感器的工作原理及其在环境监测中的应用。实验中通过更换不同的传感器进行测试，有助于进一步理解不同传感器信号的读取方法及其对硬件接口的要求。
这是当前实验使用的CC2530板子的实物图：
1.2 光敏传感器
光敏传感器是一种能够感知光强变化的电子元件，其输出信号通常与环境光的强度成一定关系。它的核心原理基于光电效应，光敏传感器能将光信号转化为电信号。常见的光敏传感器包括光电二极管、光电晶体管、光敏电阻（LDR）等，其中光敏电阻是最常见的一种，广泛应用于照明控制、环境光监测等领域。
光敏传感器的工作原理通常是基于材料对光的响应。光敏电阻（LDR）是通过材料的电阻变化来感知光强的，通常使用半导体材料如硒化镉。光照强度越大，光敏电阻的电阻值越小，反之则电阻增大。这个电阻变化可以通过电路测量，并转换为电压信号，从而实现对光照强度的感知与检测。
在实际应用中，光敏传感器的输出通常有两种形式：模拟信号（AO）和数字信号（DO）。模拟信号输出与光照强度成线性关系，传感器输出的电压值随光强的变化而变化；而数字信号则一般用于简单的开关控制，例如当光照强度超过某个阈值时，输出一个高电平信号，低于阈值时输出低电平信号。不同类型的光敏传感器可以根据应用需求选择使用模拟输出或数字输出。
光敏传感器在自动化控制、环境监测以及智能设备中有广泛的应用。例如，在智能照明系统中，光敏传感器可以根据环境光的强度自动调节灯光的亮度，节约能源；在天气预报和农业领域，光敏传感器可以用于监测阳光照射强度和植物生长环境。通过与单片机等控制系统的结合，光敏传感器可以实现实时数据采集和反馈，从而实现自动化调节和控制。
1.3 项目硬件模块组成
(1) CC2530单片机
作为核心控制单元，CC2530负责读取光敏传感器和热敏传感器的输出信号，并通过串口输出检测结果。通过配置GPIO引脚（如P0.5）进行信号采集和数据处理。
(2) 光敏传感器
用于检测环境光强度的变化，并将光强信号转换为电信号输出。实验中，光敏传感器通过模拟信号（AO）或TTL开关信号（DO）输出数据，供CC2530单片机读取。
(3) 热敏传感器
用于检测环境温度的变化，并将温度信息转换为电信号。热敏传感器输出的信号（模拟或数字）同样被CC2530单片机采集与处理。
(4) 电源模块
为CC2530单片机及各个传感器提供稳定的电源。CC2530单片机通常使用3.3V电源，而光敏传感器和热敏传感器也使用相同的电压进行工作。
(5) 接线端子
用于将光敏传感器、热敏传感器与CC2530单片机连接。确保光敏传感器的信号输出端与P0.5引脚相连，传感器的电源和接地端口正确连接。
(6) 串口调试助手
用于接收和显示来自CC2530单片机的传感器数据，实时监控光强和温度的变化，帮助调试和验证系统的工作情况。
1.4 项目实现的功能
| 功能编号 | 功能描述 |
|---|---|
| (1) | 光强检测：通过光敏传感器检测环境中的光强，并将其转化为电信号供CC2530单片机读取。 |
| (2) | 温度检测：通过热敏传感器检测环境中的温度变化，并将其转化为电信号供CC2530单片机读取。 |
| (3) | 模拟信号采集：CC2530单片机通过P0.5引脚读取光敏传感器和热敏传感器的模拟信号（AO）。 |
| (4) | 数据处理与转换：CC2530单片机对采集到的模拟信号进行处理，将光强和温度数据转化为可用的数字值。 |
| (5) | 串口输出：将处理后的光强和温度数据通过串口输出，显示在串口调试助手中，便于实时监控数据变化。 |
| (6) | 硬件信号连接：通过电源模块和接线端子，将光敏传感器、热敏传感器和CC2530单片机进行连接，确保系统正常工作。 |
| (7) | 传感器切换测试：通过更换不同的传感器（光敏传感器与热敏传感器），验证不同传感器数据采集与输出的准确性。 |
二、CC2530基础知识科普
2.1 CC2530 与 ZigBee 的含义
CC2530是什么
CC2530是一款由德州仪器（Texas Instruments，TI）推出的无线微控制器芯片，专为低功耗和无线通信应用设计。它基于8051内核，具有丰富的片上资源，包括128 KB的闪存、8 KB的RAM、多个UART和SPI接口、ADC模块等。此外，CC2530支持IEEE 802.15.4标准，这是ZigBee协议栈的基础。CC2530的低功耗特性和高集成度使其特别适用于智能家居、物联网（IoT）设备和工业自动化等应用场景。
ZigBee是什么
ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的无线通信协议，专为低功耗、低数据速率和短距离应用场景设计。它的主要特点是功耗低、组网灵活、支持大规模网络节点（如星型、网状和树形拓扑），并且具有较强的抗干扰能力。ZigBee常用于智能家居（如智能灯控、温湿度传感器）、工业物联网、医疗设备和农业监控等领域。与Wi-Fi和蓝牙相比，ZigBee适合需要低功耗、低数据速率和高网络节点容量的应用。
CC2530与ZigBee的联系
CC2530是支持ZigBee协议的硬件平台之一。CC2530的硬件架构和无线射频模块完全符合IEEE 802.15.4标准，而ZigBee协议栈则是运行在该标准之上的通信协议。通过在CC2530芯片上加载ZigBee协议栈（如TI提供的Z-Stack），用户可以构建完整的ZigBee无线通信系统。
CC2530作为ZigBee设备的实现平台，可以配置为不同类型的ZigBee节点，包括协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device）。协调器负责整个ZigBee网络的建立和管理，路由器用于中继信号扩展网络范围，终端设备通常是低功耗的传感器或执行器。
CC2530是支持ZigBee协议的硬件芯片，而ZigBee是运行在像CC2530这样的硬件平台上的通信协议。CC2530为ZigBee提供硬件支持，ZigBee则为CC2530提供实现复杂网络功能的能力。这种软硬结合使得CC2530成为ZigBee应用中的主流选择之一。
2.2 CC2530的开发环境
CC2530官方推荐的开发环境是 IAR Embedded Workbench（IAR EW8051）。
CC2530的开发环境：IAR Embedded Workbench
IAR Embedded Workbench（简称IAR）是开发CC2530的主要集成开发环境（IDE）。它是一款专业的嵌入式软件开发工具，提供了编辑、编译、调试和优化等功能，广泛支持各种嵌入式微控制器平台，包括基于8051内核的CC2530。IAR针对低功耗和无线设备开发进行了深度优化，特别适合CC2530这类资源有限的嵌入式芯片。
IAR支持德州仪器的ZigBee协议栈（如Z-Stack），并提供了配套的调试工具和编译器，使开发者能够轻松集成ZigBee协议、编写应用代码和调试固件。此外，IAR具有良好的代码优化能力，能有效减少CC2530有限内存的占用，提高程序运行效率。
为什么使用IAR开发CC2530
使用IAR开发CC2530主要是由于以下原因：
- 官方支持 德州仪器推荐使用IAR开发CC2530，因为其ZigBee协议栈（如Z-Stack）是专门为IAR优化的，许多示例代码和参考项目直接在IAR环境中运行，减少了开发者的移植工作。
- 代码优化能力强 IAR的编译器提供了高效的代码优化功能，包括针对代码大小和运行速度的优化选项。对于资源受限的CC2530（如闪存128 KB和RAM 8 KB），IAR可以显著减小二进制文件大小，让更多复杂功能得以实现。
- 调试工具完善 IAR集成了强大的调试工具，支持CC2530的片上调试功能（On-Chip Debugging）。通过与TI的调试硬件（如CC Debugger）配合，开发者可以实时查看和控制程序运行状态，进行断点设置、变量监控和性能分析。
- 多功能集成 IAR提供了丰富的功能模块，如静态分析、运行时调试和内存分析工具。这些功能特别适合复杂协议栈（如ZigBee）的开发，帮助开发者迅速定位和解决问题。
IAR与Keil的区别
Keil也是一款非常流行的嵌入式开发工具，但在开发CC2530时，IAR相比Keil具有以下显著区别：
- 官方适配支持 TI官方的ZigBee协议栈和示例项目主要为IAR设计，Keil并没有直接支持这些协议栈。因此，使用Keil开发CC2530需要进行额外的移植工作，而IAR则可以开箱即用。
- 编译器优化效果 IAR的编译器在优化代码大小方面普遍优于Keil，这对于资源有限的CC2530尤为重要。在存储和性能受限的情况下，IAR可以更高效地利用芯片资源。
- 协议栈复杂度支持 ZigBee协议栈本身较为复杂，对编译器和开发环境的要求较高。IAR对复杂嵌入式协议的支持更为成熟，而Keil的侧重点更多在通用8051开发。
- 工具链兼容性 IAR与CC2530配套的调试工具（如CC Debugger）无缝集成，调试体验更流畅。Keil在支持TI调试硬件方面不够完善，可能需要第三方工具或插件进行适配。
IAR是CC2530开发的首选环境，其强大的优化能力、完善的调试功能和与ZigBee协议的高兼容性，使得开发者能够更加高效地完成项目。而Keil尽管也支持8051平台，但在CC2530开发中的表现和适配性稍逊一筹。
2.3 IAR新建工程的步骤
三、代码设计
代码的含义看中文注释,这里不再单独写文字介绍代码含义。
3.1 main.c
cpp
/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描 述: 光敏实验，有光时LED1亮，用手挡住光敏电阻时LED1熄灭
****************************************************************************/
#include <ioCC2530.h>
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;
#define LED1 P1_0 //定义P1.0口为LED1控制端
#define DATA_PIN P0_5 //定义P0.5口为传感器输入端
/****************************************************************************
* 名 称: InitLed()
* 功 能: 设置LED灯相应的IO口
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
****************************************************************************/
void InitLed(void)
{
P1DIR |= 0x01; //P1.0定义为输出口
}
/****************************************************************************
* 名 称: DelayMS()
* 功 能: 以毫秒为单位延时 16M时约为535,系统时钟不修改默认为16M
* 入口参数: msec 延时参数，值越大，延时越久
* 出口参数: 无
****************************************************************************/
void DelayMS(uint msec)
{
uint i,j;
for (i=0; i<msec; i++)
for (j=0; j<535; j++);
}
void main(void)
{
P0DIR &= ~0x20; //P0.5定义为输入口
InitLed(); //设置LED灯相应的IO口
while(1) //死循环
{
if(DATA_PIN == 1) //当光敏电阻处于黑暗中时P0.5高电平,LED1熄灭
{
LED1 = 1;
DelayMS(1000);
}
else
{
LED1 = 0; //检测到光线时P0.5为低电平LED1亮
DelayMS(1000);
}
}
}四、总结
通过本次实验，成功实现了基于CC2530单片机的光敏传感器和热敏传感器数据采集与处理。实验过程中，CC2530单片机通过GPIO引脚读取传感器输出的模拟信号，并将采集到的光强和温度数据进行处理后，通过串口输出到终端，展示了数据变化的实时监控。这一过程帮助加深了对单片机与外部传感器之间数据交互的理解，特别是在硬件接口和信号处理方面的应用。
实验中，通过更换不同的传感器，验证了系统的多功能性与灵活性。光敏传感器和热敏传感器分别实现了对光强和温度的检测，这不仅展示了传感器在环境监测中的应用，也体现了CC2530单片机在不同传感器信号采集与处理中的适应能力。通过串口调试助手实时显示数据，进一步增强了对系统调试与数据监控的掌握。
本次实验提高了对CC2530单片机硬件配置、传感器接口设计以及数据处理流程的综合能力。通过实际操作和编程实现，不仅掌握了传感器的基本应用，还为将来开发更多基于传感器的自动化控制系统奠定了基础。