1.2　物联网开发平台简介

1.2.1　CC2530的特色和资源

1. CC2530的特色

CC2530是TI公司生产的一种系统级芯片，适用于2.4 GHz的IEEE 802.15.4系统、ZigBee和RF4CE。CC2530具有性能极好的RF收发器、增强型8051微处理器内核、可编程的Flash、8 KB的RAM以及许多其他强大的功能，可选择不同的运行模式，适合超低功耗要求的系统。结合TI业界领先的“黄金单元”ZigBee协议栈（ZStack），CC2530提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案。CC2530实物图如图1.5所示。

CC2530具有以下特性：

（1）功能强大的无线前端。CC2530具有符合2.4 GHz的IEEE 802.15.4标准的射频收发器，可编程输出功率为+4.5 dBm，支持网状拓扑结构。

（2）低功耗。接收模式为24 mA，发送模式（1 dBm）为29 mA，供电模式1（4 μs唤醒）为0.2 mA，供电模式2（睡眠计时器运行）为1 μA，供电模式3（外部中断）为0.4 μA，电压范围为2～3.6 V。

（3）微处理器。采用高性能和低功耗的8051微处理器内核，具有32 KB、64 KB、128 KB、256 KB的可编程Flash，8 KB的内存，支持硬件调试。

（4）具有丰富的外设接口。具有功能强大的5通道DMA、符合IEEE 802.15.4标准的MAC定时器、通用定时器（1个16位、2个8位）、红外发生电路、32 kHz的睡眠计时器和定时捕获功能、硬件支持CSMA/CA、精确的数字接收信号强度指示和LQI、电池监视器和温度传感器、8通道12位ADC、可配置分辨率、AES加密安全协处理器、2个强大的通用同步串口、21个通用I/O引脚、看门狗定时器等。

2. CC2530的资源

CC2530有着丰富的片上资源，除了使用增强型8051微处理器内核，还有众多的基于总线结构的资源。CC2530的结构框图如图1.6所示。

由图1.6可知，CC2530大致可以分为四个部分：CPU与内存、时钟与电源管理、片上外设、无线射频收发器。下面对CC2530的结构进行介绍。

（1）CPU与内存。CC2530使用的内核是8051微处理器，具有3种不同的存储器访问总线（SFR、DATA和CODE/XDATA），能够以单时钟周期的形式访问SFR、DATA和主SRAM，还包括1个调试接口和1个18位输入的扩展中断单元。

中断控制器提供了18个中断源，分为6个中断组。当设备从空闲模式回到活动模式时，会发出一个中断服务请求；一些中断还可以唤配处于睡眠状态的设备（供电模式1、2、3）。

内存仲裁器（MEMORY ARBITER）位于系统中心，通过SFR总线把CPU和DMA控制器、物理存储器、所有的外设连接在一起。内存仲裁器有4个存取访问点，可以映射到3个物理存储器之一，即1个8 KB的SRAM、1个Flash和1个XREG/SFR寄存器，还负责执行仲裁，并确定同时到达同一个物理存储器的内存访问顺序。

8 KB的SRAM映射到DATA存储空间和XDATA存储空间的一部分。8 KB的SRAM是一个超低功耗的SRAM，当数字电路部分掉电时（供电模式2和3）能够保留自己的内容。这对于低功耗应用而言是一个很重要的功能。

32/64/128/256 KB的Flash为设备提供了可编程的非易失性程序存储器，可以映射到CODE和XDATA存储空间。除了可以保存程序代码和常量，非易失性程序存储器还允许应用程序保存必需的数据，在设备重新启动之后就可以使用这些数据。

（2）时钟与电源管理。数字内核和外设由一个1.8 V的低压差稳压器供电。CC2530具有电源管理功能，可以使用不同供电模式实现低功耗应用，共有5种不同的复位源可以复位设备。

（3）片上外设。CC2530包括许多不同的外设，可以开发先进的应用。

① I/O控制器。I/O控制器负责所有的通用I/O引脚，CPU可以配置外设模块是否由某个引脚控制，如果是，则每个引脚均可配置为输入或输出，并连接衬垫里的上拉电阻或下拉电阻。

② DMA控制器。系统可以使用一个多功能的五通道DMA控制器，使用XDATA存储空间访问存储器，能够访问所有物理存储器。每个通道（触发器、优先级、传输模式、寻址模式、源和目标指针及传输计数）可通过DMA描述符在存储器任何地方进行配置，许多硬件外设（如AES内核、Flash控制器、USART、定时器、ADC接口）均可通过DMA控制器在SFR、XREG地址及Flash/SRAM之间进行数据传输，以获得高效率操作。

③ 定时器。定时器1是一个16位定时器，具有定时器、计数器、PWM功能，有1个可编程的分频器，1个16位周期值和5个各自可编程的计数器/捕获通道，每个通道都有1个16位比较值，可用于PWM输出或捕获输入信号边沿的时序。

定时器2（MAC定时器）是专门为支持IEEE 802.15.4 MAC或软件中其他时钟的协议设计的，有1个可配置的定时器周期和1个8位溢出计数器，用于保持跟踪周期数；1个16位捕获寄存器，用于记录收到或发送一个帧开始界定符或传输结束的精确时间；还有1个16位输出比较寄存器，可以在具体时间产生不同的选通指令（接收或发送等）。

定时器3和定时器4是8位定时器，具有定时器、计数器、PWM功能，有1个可编程的分频器、1个8位的周期值、1个可编程的计数器通道、1个8位的比较值，每个通道均可以当成一个PWM输出。

睡眠定时器是一个超低功耗的定时器，用于计算32 kHz晶体振荡器或32 kHz的RC振荡器的周期。睡眠定时器可以在除供电模式3外的所有供电模式下不间断运行。该定时器的典型应用是作为实时计数器，或作为一个唤醒定时器跳出供电模式1或2。

④ ADC外设。ADC支持7～12位的分辨率，分别为30 kHz或4 kHz的带宽，A/D转换和音频转换可以使用高达8个输入通道（端口0），输入可以是单端输入或差分输入，参考电压可以是内部电压、AVDD或者1个单端或差分的外部信号。ADC还有1个温度传感器输入通道，可以自动执行定期抽样或转换通道序列的程序。

⑤ 随机数发生器。随机数发生器使用一个16位LFSR来产生伪随机数，可以被CPU读取或由选通指令处理器直接使用。随机数发生器可以用于产生随机密钥。

⑥ AES协处理器。AES协处理器允许用户使用带有128位密钥的AES算法来加密和解密数据，能够支持IEEE 802.15.4 MAC安全、ZigBee网络层和应用层要求的AES操作。

⑦ 看门狗。CC2530具有1个内置的看门狗定时器，允许设备在固件挂起的情况下复位。当看门狗定时器由软件使能时，则必须定期清除，当超时时，就会复位设备，也可以配置成1个通用的32 kHz定时器。

⑧ 串口（USART）。USART0和USART1可被配置为主/从SPI或USART，为接收和发送提供了双缓冲以及硬件流控制，非常适合高吞吐量的全双工应用。每个USART都有自己的高精度波特率发生器，可以使普通定时器空闲出来用于其他用途。

（4）无线射频收发器。CC2530提供了一个兼容IEEE 802.15.4的无线射频收发器，提供了MCU和无线设备之间的一个接口，可以用于发送指令、读取状态、自动操作，并确定无线设备事件的顺序。无线设备还包括一个数据包过滤和地址识别模块。

1.2.2　Android网关

Android网关采用三星ARM Cortex-A9 S5P4418四核处理器，具有10.1英寸电容触摸液晶屏，集成了Wi-Fi、蓝牙模块、500万像素的高清摄像头模块，如图1.7所示。

1.2.3　xLab开发平台

本书采用的xLab开发平台提供了经典型无线节点（ZXBeeLiteB）和增强型无线节点（ZXBeePlusB），集成了锂电池供电接口、调试接口、外设控制电路、RJ45工业接口等。

经典型无线节点采用CC2530作为主控制器，板载的信号指示灯包括电源指示灯、电池指示灯、网络指示灯、数据指示灯，具有两路功能按键，集成锂电池接口和电源管理芯片，支持电池的充电管理和电量测量，集成USB调试串口、TI JTAG接口、ARM JTAG接口、两路RJ45工业接口，提供主芯片P0_0～P0_7输出（包含I/O、DC 3.3 V、DC 5 V、UART、RS-485），两路继电器接口，两路3.3 V、5 V、12 V电源输出。经典型无线节点ZXBeeLiteB如图1.8所示。

增强型无线节点采用基于ARM Cortex-M4内核的STM32F407作为主控制器，板载2.8英寸真彩LCD、HTU21D型温湿度传感器、RGB灯、两路继电器接口、蜂鸣器接口、摄像头接口、USB调试串口、TI JTAG（仿真器）接口、ARM JTAG接口、以太网接口等，如图1.9所示。

1. 采集类开发平台

采集类开发平台（Sensor-A）包括温湿度传感器、光照度传感器、空气质量传感器、气压海拔传感器、三轴加速度传感器、距离传感器、继电器接口、语音识别传感器等，如图1.10所示。

（1）集成I/O接口、UART接口、RS-485接口、两路RJ45工业接口、两路继电器接口，提供两路3.3 V、5 V、12 V电源输出。

（2）采用磁吸附设计，可通过磁力吸附，并通过RJ45工业接口接入无线节点进行数据通信。

（3）温湿度传感器的型号为HTU21D，采用数字信号输出和IIC总线，测量范围为-40～125℃（温度）和5%～95%RH（湿度）。

（4）光照度传感器的型号为BH1750FVI-TR，采用数字信号输出和IIC总线接口，输入光范围为1～65535 lx。

（5）空气质量传感器的型号为MP503，采用模拟信号输出，可以监测气体酒精、烟雾、异丁烷、甲醛，监测浓度范围为10～1000 ppm（酒精）。

（6）气压海拔传感器的型号为FBM320，采用数字信号输出和IIC总线接口，测量范围为300～1100 hPa。

（7）三轴加速度传感器的型号为LIS3DH，采用数字信号输出和IIC总线接口，量程可设置为±2g、±4g、±8g、±16g（g为重力加速度），16位数据输出。

（8）距离传感器的型号为GP2D12，采用模拟信号输出，测量范围为10～80 cm，更新周期为40 ms。

（9）采用继电器控制，具有两路继电器接口，支持5 V电源开关控制。

（10）语音识别传感器的型号为LD3320，支持非特定人的识别，识别容量为50条，返回形式丰富，采用串口通信。

2. 控制类开发平台

控制类开发平台（Sensor-B）包括风扇、步进电机、蜂鸣器、LED、RGB灯、继电器接口等，如图1.11所示。

（1）集成I/O接口、UART接口、RS-485接口、两路RJ45工业接口、两路继电器接口，提供两路3.3 V、5 V、12 V电源输出。

（2）采用磁吸附设计，可通过磁力吸附，并通过RJ45工业接口接入无线节点进行数据通信。

（3）风扇为小型风扇，采用低电平驱动。

（4）步进电机为小型42步进电机，驱动芯片为A3967SLB，逻辑电压范围为3.0～5.5 V。

（5）使用小型蜂鸣器，采用低电平驱动。

（6）两路高亮LED，采用低电平驱动。

（7）RGB灯采用低电平驱动，可组合出多种颜色。

（8）采用继电器控制，具有两路继电器接口，支持5 V电源开关控制。

3. 安防类开发平台

安防类开发平台（Sensor-C）包括火焰传感器、光栅传感器、人体红外传感器、燃气传感器、触摸传感器、振动传感器、霍尔传感器、继电器接口、语音合成传感器等，如图1.12所示。

（1）集成I/O接口、UART接口、RS-485接口、两路RJ45工业接口、两路继电器接口，提供两路3.3 V、5 V、12 V电源输出。

（2）采用磁吸附设计，可通过磁力吸附，并通过RJ45工业接口接入无线节点进行数据通信。

（3）火焰传感器采用5 mm的探头，可监测火焰或波长为760～1100 nm的光源，探测温度为60℃左右，采用数字开关量输出。

（4）光栅传感器的槽式光耦槽宽为10 mm，工作电压为5 V，采用数字开关量信号输出。

（5）人体红外传感器的型号为AS312，电源电压为3 V，感应距离为12 m，采用数字开关量信号输出。

（6）燃气传感器的型号为MP-4，采用模拟信号输出，传感器加热电压为5 V，供电电压为5 V，可测量天然气、甲烷、瓦斯、沼气等。

（7）触摸传感器的型号为SOT23-6，采用数字开关量信号输出，当检测到触摸时，输出电平翻转。

（8）振动传感器在低电平时有效，采用数字开关量信号输出。

（9）霍尔传感器的型号为AH3144，电源电压为5 V，采用数字开关量输出，工作频率为0～100 kHz。

（10）采用继电器控制，具有两路继电器接口，支持5 V电源开关控制。

（11）语音合成传感器的型号为SYN6288，采用串口通信，支持GB2312、GBK、UNICODE等编码，可设置音量、背景音乐等。