面向物聯網的CC2530與傳感器應用開發（簡體書）

本書主要介紹在嵌入式系統和物聯網系統中常用的CC2530微處理器的接口開發技術，以及常見傳感器的應用開發技術。全書採用任務式開發的學習方法，精選了27個貼近社會和生活的案例，每個案例均有完整的開發過程，分別是生動的開發場景、明確的開發目標、深入淺出的原理學習、詳細的系統設計過程、詳細的軟/硬件設計和功能實現過程，最後進行開發驗證和總結拓展，將理論學習和開發實踐結合起來。每個案例均有完整的開發代碼和配套PPT課件，讀者可以在源代碼的基礎上快速進行二次開發，可應用於多個行業。

廖建尚，男，副教授，畢業于廣東工業大學通信與信息系統專業，碩士，先任職於廣東交通職業技術學院。長期從事物聯網技術的開發和教學工作。

前 言
近年來，物聯網、移動互聯網、大數據和雲計算的迅猛發展，慢慢地改變了社會的生產方式，極大地提高了生產效率和社會生產力。工業和信息化部《物聯網發展規劃（2016―2020年）》總結了“十二五”規劃中物聯網發展所取得的成就，並提出了“十三五”面臨的形勢，明確了物聯網的發展思路和目標，提出了物聯網發展的6大任務，分別是強化產業生態佈局、完善技術創新體系、推動物聯網規模應用、構建完善標準體系、完善公共服務體系、提升安全保障能力；提出了4大關鍵技術，分別是傳感器技術、體系架構共性技術、操作系統，以及物聯網與移動互聯網、大數據融合關鍵技術；提出了6大重點領域應用示範工程，分別是智能製造、智慧農業、智能家居、智能交通和車聯網、智慧醫療和健康養老，以及智慧節能環保；指出要健全多層次多類型的物聯網人才培養和服務體系，支持高校、科研院所加強跨學科交叉整合，加強物聯網學科建設，培養物聯網複合型專業人才。該發展規劃為物聯網發展指出了一條鮮明的道路，同時也可以看出我國在推動物聯網應用方面的堅定決心，相信物聯網的規模會越來越大。本書基於CC2530微處理器，詳細闡述了嵌入式系統和物聯網的底層開發技術，採用案例式和任務式驅動的開發方法，旨在大力推動物聯網人才的培養。
嵌入式系統和物聯網涉及的技術很多，底層和感知層開發需要掌握微處理器外圍接口的驅動開發技術，以及相應傳感器的驅動開發技術。本書將詳細分析基於CC2530和各種傳感器的驅動方法，理論知識點清晰，實踐案例豐富，帶領讀者掌握CC2530的接口開發技術。
全書採用任務式開發的學習方法，精選了27個貼近社會和生活的案例，由淺入深地介紹CC2530的接口技術和傳感器應用開發技術，每個案例均有完整的開發過程，分別是生動的開發場景、明確的開發目標、深入淺出的原理學習、詳細的系統設計過程、詳細的軟/硬件設計和功能實現過程，最後進行開發驗證和總結拓展。每個案例均附有完整的開發代碼，讀者可在源代碼的基礎上快速進行二次開發，將其轉化為各種比賽和創新創業的案例，不僅可為高等院校相關專業師生提供教學案例，也可以為工程技術開發人員和科研工作人員進行科研項目開發提供較好的參考資料。
第1部分引導讀者初步學習微處理器的發展概況，以及物聯網和微處理器的關係，學習MCS-51的基本原理、功能，並進一步學習CC2530的原理、功能及片上資源，學習CC2530開發平臺的構成及開發環境的搭建，初步探索IAR for 8051的開發環境和在線調試，掌握CC2530開發環境的搭建和調試。
第2部分介紹本書開發項目依託的CC2530的各種接口技術，如GPIO、外部中斷、定時器、A/D轉換器、電源管理、看門狗、串口和I2C總線，共8個任務，即任務4到任務11，從而實現了8個項目的設計，分別是：應用CC2530微處理器GPIO功能完成信號燈的設計與實現、應用外部中斷功能完成鍵盤按鍵的設計與實現、應用定時器功能完成電子秒表的設計與實現、應用ADC功能完成萬用表電壓檢測的設計與實現、應用電源管理的低功耗功能完成低功耗智能手環檢測的設計與實現、應用看門狗功能完成監測站宕機複位重啟的設計與實現、應用串口功能完成智能工廠的設備交互的設計與實現、應用I2C總線功能完成農業大棚溫濕度信息採集系統的設計與實現。通過這8個任務的開發，讀者可掌握CC2530的接口原理、功能和開發技術，從而具備基本的開發能力。
第3部分學習各種傳感器技術，分別是光照度傳感器、氣壓海拔傳感器、空氣質量傳感器、三軸加速度傳感器、紅外距離傳感器、人體紅外傳感器、可燃氣體傳感器、振動傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、火焰傳感器、觸摸傳感器、繼電器、軸流風機等，深入學習傳感器的基本原理、功能和結構。結合傳感器和CC2530開發平臺，完成任務13到任務28（共16個任務）的設計，分別是：應用光照度傳感器完成溫室大棚光照度測量的設計與實現、應用氣壓海拔傳感器完成戶外氣壓海拔測量計的設計與實現、應用空氣質量傳感器完成室內空氣質量檢測系統的設計與實現、應用三軸加速度傳感器完成電子計步器的設計與實現、應用紅外距離傳感器完成紅外測距系統的設計與實現、應用人體紅外傳感器完成人體紅外報警器的設計與實現、應用可燃氣體傳感器完成燃氣報警器的設計與實現、應用振動傳感器完成電動車報警器的設計與實現、應用霍爾傳感器完成出租車計價器的設計與實現、應用光電傳感器完成生產線計件器的設計與實現、應用火焰傳感器完成火災報警器的設計與實現、應用觸摸傳感器完成觸摸開關的設計與實現、應用繼電器完成定時開關插座的設計與實現、應用軸流風機完成筆記本電腦散熱器的設計與實現、應用步進電機完成攝像機雲台的設計與實現，以及應用RGB燈完成聲光報警器的設計與實現。通過16個任務的設計與開發，讀者可熟悉傳感器的基本原理，並掌握CC2530驅動各種傳感器的方法，為綜合項目開發打下堅實的基礎。
第4部分是綜合項目，分別是任務29到任務31（共3個任務），任務29綜合應用CC2530、溫濕度傳感器、繼電器等完成農業大棚空氣濕度調節系統的軟/硬件設計，實現農業大棚濕度自動調節；任務30綜合應用CC2530、人體紅外傳感器、語音合成傳感器和LED完成智能語音門鈴的軟/硬件設計，實現人體識別和語音提示；任務31應用CC2530、按鍵、步進電機、軸流風機和LED完成多功能晾衣架的軟/硬件設計，實現升降，以及風乾風扇的開啟和關閉。其中，每一個綜合項目都遵循科學、系統的開發方法，用任務需求分析、任務實踐和任務驗證來組織系統的開發。
本書特色有：
（1）任務式開發。拋去傳統的理論學習方法，通過生動的案例將理論與實踐結合起來，通過理論學習和開發實踐，快速入門，由淺入深地掌握CC2530和傳感器應用開發技術。
（2）理論知識和案例實踐相結合。將嵌入式系統的開發技術、CC2530接口開發技術、傳感器應用技術和生活中的實際案例結合起來，邊學習理論知識邊開發，快速掌握嵌入式系統和物聯網系統開發技術。
（3）提供綜合項目開發方法。綜合項目為讀者提供軟/硬件系統的開發方法，有需求分析、項目架構、軟/硬件設計等，讀者可在提供的案例的基礎上快速進行二次開發，很方便地將其轉化為各種比賽和創新創業的案例，也可以為工程技術開發人員和科研工作人員進行科研項目開發提供較好的參考資料。
本書既可作為高等院校相關專業的教材或教學參考書、自學參考書，也可供相關領域的工程技術人員查閱之用，對於物聯網開發的愛好者，本書也是一本深入淺出的讀物。
在編寫過程中，本書借鑒和參考了國內外專家、學者、技術人員的相關研究成果，我們盡可能按學術規範予以說明，但難免會有疏漏之處，在此謹向有關作者表示深深的敬意和謝意，如有疏漏，請及時通過出版社與作者聯繫。
本書得到了廣東省自然科學基金項目（2018A030313195）、廣東高校省級重大科研項目（2017GKTSCX021）、廣東省科技計劃項目（2017ZC0358）、廣州市科技計劃項目（201804010262）、廣東交通職業技術學院重點科研項目（2017-1-001），以及廣東省高等職業教育品牌專業建設項目（2016GZPP044）的資助。感謝中智訊（武漢）科技有限公司在本書的編寫過程中提供的幫助，特別感謝電子工業出版社在本書出版過程中給予的大力支持。
由於本書涉及的知識面廣，時間倉促，限於筆者的水平和經驗，疏漏之處在所難免，懇請專家和讀者批評指正。


作　者　
2018年7月

目 錄
第1部分 微處理器基本原理和開發知識
任務1 微處理器 （2）
1.1 學習場景：微處理器有哪些應用 （2）
1.2 學習目標 （2）
1.3 原理學習：微處理器發展與應用 （3）
1.3.1 微處理器概述 （3）
1.3.2 微處理器的發展與應用 （6）
1.3.3 微處理器和物聯網 （10）
1.4 任務小結 （15）
1.5 思考與拓展 （15）
任務2 MCS-51微處理器 （16）
2.1 學習場景：MCS-51微處理器有哪些應用 （16）
2.2 學習目標 （17）
2.3 原理學習：MCS-51微處理器和CC2530微處理器 （17）
2.3.1 MCS-51微處理器 （17）
2.3.2 CC2530微處理器 （20）
2.3.3 CC2530開發平臺 （26）
2.3.4 CC2530開發環境 （29）
2.4 任務實踐 （31）
2.5 任務小結 （33）
2.6 思考與拓展 （33）
任務3 項目開發基本調試 （34）
3.1 開發場景：如何進行項目開發 （34）
3.2 開發目標 （34）
3.3 原理學習：軟件開發環境 （35）
3.3.1 IAR for 8051開發環境 （35）
3.3.2 IAR for 8051程序調試 （37）
3.4 任務實踐：實現一個工程項目 （46）
3.4.1 開發設計 （46）
3.4.2 功能實現 （46）
3.5 任務驗證 （47）
3.6 任務小結 （47）
3.7 思考與拓展 （48）
第2部分 CC2530微處理器接口開發技術
任務4 信號燈的設計與實現 （50）
4.1 開發場景：如何控制信號燈 （50）
4.2 開發目標 （50）
4.3 原理學習：微處理器的GPIO功能與應用 （50）
4.3.1 微處理器GPIO （50）
4.3.2 CC2530與GPIO （52）
4.3.3 GPIO的位操作 （54）
4.4 任務實踐：信號燈的軟/硬件設計 （54）
4.4.1 開發設計 （54）
4.4.2 功能實現 （56）
4.5 任務驗證 （58）
4.6 任務小結 （58）
4.7 思考與拓展 （58）
任務5 鍵盤按鍵的設計與實現 （59）
5.1 開發場景：如何檢測鍵盤按鍵 （59）
5.2 開發目標 （59）
5.3 原理學習：微處理器中斷 （59）
5.3.1 中斷基本概念與定義 （59）
5.3.2 CC2530與外部中斷 （63）
5.4 任務實踐：鍵盤按鍵檢測的軟/硬件設計 （65）
5.4.1 開發設計 （65）
5.4.2 功能實現 （67）
5.5 任務驗證 （69）
5.6 任務小結 （69）
5.7 思考與拓展 （69）
任務6 電子秒表的設計與實現 （70）
6.1 開發場景：如何實現電子秒表 （70）
6.2 開發目標 （70）
6.3 原理學習：定時/計數器 （70）
6.3.1 定時/計數器 （70）
6.3.2 CC2530與定時器 （72）
6.4 任務實踐：電子秒表的軟/硬件設計 （77）
6.4.1 開發設計 （77）
6.4.2 功能實現 （78）
6.5 任務驗證 （80）
6.6 任務小結 （81）
6.7 思考與拓展 （81）
任務7 萬用表電壓檢測的設計與實現 （82）
7.1 開發場景：如何使用萬用表檢測電壓 （82）
7.2 開發目標 （82）
7.3 原理學習：A/D轉換器 （83）
7.3.1 A/D轉換器 （83）
7.3.2 CC2530與A/D轉換器 （85）
7.4 任務實踐：萬用表電壓檢測的軟/硬件設計 （88）
7.4.1 開發設計 （88）
7.4.2 功能實現 （90）
7.5 任務驗證 （91）
7.6 任務小結 （91）
7.7 思考與拓展 （92）
任務8 低功耗智能手環的設計與實現 （93）
8.1 開發場景：如何實現低功耗 （93）
8.2 開發目標 （93）
8.3 原理學習：嵌入式電源管理 （94）
8.3.1 電源管理 （94）
8.3.2 CC2530的電源管理 （96）
8.4 任務實踐：低功耗智能手環的軟/硬件設計 （98）
8.4.1 開發設計 （98）
8.4.2 功能實現 （100）
8.5 任務驗證 （104）
8.6 任務小結 （105）
8.7 思考與拓展 （105）
任務9 監測站宕機複位重啟的設計與實現 （106）
9.1 開發場景：如何實現監測站宕機複位重啟 （106）
9.2 開發目標 （106）
9.3 原理學習：看門狗 （106）
9.4 任務實踐：監測站宕機複位重啟的軟/硬件設計 （109）
9.4.1 開發設計 （109）
9.4.2 功能實現 （110）
9.5 任務驗證 （113）
9.6 任務小結 （113）
9.7 思考與拓展 （114）
任務10 智能工廠設備交互的設計與實現 （115）
10.1 開發場景：如何實現設備交互 （115）
10.2 開發目標 （116）
10.3 原理學習：CC2530串口 （116）
10.3.1 串口 （116）
10.3.2 CC2530串口 （119）
10.4 任務實踐：智能工廠設備交互的軟/硬件設計 （125）
10.4.1 開發設計 （125）
10.4.2 功能實現 （126）
10.5 任務驗證 （129）
10.6 任務小結 （130）
10.7 思考與拓展 （130）
任務11 農業大棚溫濕度信息採集系統的設計與實現 （131）
11.1 開發場景：如何實現溫濕度信息採集 （131）
11.2 開發目標 （131）
11.3 原理學習：I2C總線和溫濕度傳感器 （132）
11.3.1 I2C總線 （132）
11.3.2 溫濕度傳感器 （135）
11.4 任務實踐：溫濕度信息採集系統的軟/硬件設計 （139）
11.4.1 開發設計 （139）
11.4.2 功能實現 （140）
11.5 任務驗證 （147）
11.6 任務小結 （148）
11.7 思考與拓展 （148）
第3部分　基於CC2530和常用傳感器開發
任務12 傳感器原理與應用技術 （150）
12.1 學習場景：日常生活中傳感器的應用有哪些 （150）
12.2 學習目標 （150）
12.3 原理學習：傳感器應用和發展趨勢 （150）
12.3.1 傳感器簡述 （150）
12.3.2 傳感器的應用 （157）
12.3.3 傳感器技術的發展趨勢 （161）
12.3.4 傳感器與物聯網應用 （164）
12.4 任務小結 （169）
12.5 思考與拓展 （169）
任務13 溫室大棚光照度測量的設計與實現 （170）
13.1 開發場景：如何實現光照度的測量 （170）
13.2 開發目標 （170）
13.3 原理學習：光敏傳感器和I2C總線 （171）
13.3.1 光敏傳感器 （171）
13.3.2 BH1750FVI-TR光敏傳感器 （172）
13.3.3 I2C總線和光照傳感器 （174）
13.3.4 CC2530驅動BH1750FVI-TR光敏傳感器 （175）
13.4 任務實踐：光照度測量的軟/硬件設計 （175）
13.4.1 開發設計 （175）
13.4.2 功能實現 （176）
13.5 任務驗證 （180）
13.6 任務小結 （181）
13.7 思考與拓展 （181）
任務14 戶外氣壓海拔測量計的設計與實現 （182）
14.1 開發場景：如何實現氣壓高度測量 （182）
14.2 開發目標 （182）
14.3 原理學習：氣壓海拔傳感器原理與測量 （182）
14.3.1 氣壓海拔傳感器 （182）
14.3.2 FBM320氣壓海拔傳感器 （184）
14.4 任務實踐：戶外氣壓海拔測量計的軟/硬件設計 （186）
14.4.1 開發設計 （186）
14.4.2 功能實現 （188）
14.5 任務驗證 （196）
14.6 任務小結 （196）
14.7 思考與拓展 （196）
任務15 室內空氣質量檢測的設計與實現 （198）
15.1 開發場景：如何測量空氣質量 （198）
15.2 開發目標 （198）
15.3 原理學習：半導體氣體傳感器和空氣質量傳感器 （199）
15.3.1 半導體氣體傳感器 （199）
15.3.2 MP503型空氣質量傳感器 （200）
15.4 任務實踐：空氣質量檢測系統軟/硬件設計 （201）
15.4.1 開發設計 （201）
15.4.2 功能實現 （203）
15.5 任務驗證 （205）
15.6 任務小結 （205）
15.7 思考與拓展 （205）
任務16 電子計步器的設計與實現 （207）
16.1 開發場景：如何實現計步器 （207）
16.2 開發目標 （207）
16.3 原理學習：三軸加速度傳感器與測量 （208）
16.3.1 人體運動模型 （208）
16.3.2 三軸加速度傳感器 （208）
16.3.3 三軸加速度傳感器的應用 （209）
16.3.4 LIS3DH三軸加速度傳感器 （210）
16.3.5 計步算法 （213）
16.3.6 獲取傳感器數據 （214）
16.4 任務實踐：電子計步器的軟/硬件設計 （216）
16.4.1 開發設計 （216）
16.4.2 功能實現 （218