基于CC2530的ZigBee无线串口通信设计

摘 要

分析了基于ZigBee协议的无线传感器网络的关键技术和特点。在ZigBee技术和无线数据传输的实现方法的基础上，搭建了基于CC2530单片机系统的汇聚网关及节点，最终实现设备终端与PC机之间的数据通信。

【关键词】ZigBee CC2530 串口通信

1 ZigBee技术

ZigBee技术它是一种短距离、低数据速率、低功耗、低成本的双向无线通信技术。 ZigBee技术适用于短距离的无线控制系统，为自动控制和远程控制领域的技术发展提供了有效的协议标准。主要应用领域有农作物生长及环境监控、物流管理及应用、医疗监控设施、交通管理和监督以及军事侦察等。

1.1 ZigBee技术的无线传输的优势

ZigBee、蓝牙以及IEEE802.11B标准都是工作在2.4G频段的无线通信标准，表1中标明了三种标准的特点及应用范围。

蓝牙技术的数据传输速率较低，传输距离最短，因此，可以应用于如手机与手机之间少量数据的传输。其缺点是系统的抗干扰能力不强和高成本的制造费用。IEEE802.11B最高数据传输速率最高，数据传输距离，支持无线上网笔记本、电脑、手机等使用WiFi功能实现上网。ZigBee协议是一种短距离无线传感器网络与控制协议，主要优势在于传输控制信息时，数据量相对来说较小，特别适用于电池供电的系统。

1.2 ZigBee技术的特点

ZigBee技术具有如下优点：

（1）可靠性高。

（2）成本低、功耗小。

（3）高安全性。

2 硬件设计

2.1 CC2530的内部结构

CC2530单片机是一款支持IEEE 802.15.4协议并且能够兼容51内核的无线射频单片机。[3]它是TI公司推出的第二代ZigBee平台和SoC解决方案。内部集成了高性能的RF收发器、工业标准的8051内核、256K的ROM和8K的RAM。能够支持5种工作模式，满足了对系统的低功耗要求；例如在接收模式时电流损耗为24mA，发送模式时为29mA。

CC2530片内的两个串口，每个串口的工作模式有SPI和UART模式，模式的选择由UxCSR.MODE决定。

2.2 串口通信的设计

本次设计采用USART0串列端口UART模式进行通信。分别由网关上CC2530需要将采集到的数据发送给上位机（即PC）处理，同时上位机需要向网关上的CC2530发送控制信息。通过汇聚网关与PC机的通信实现数据的传递。

USART0有5个的寄存器：U0CSR：USART0控制和状态、U0UCR：USART0UART控制、U0GCR：USART0 通用控制、U0BUF：USART0接收/发送数据缓冲、U0BAUD：USART 0波特率控制。

3 软件设计

系统的软件由CC2530芯片串口发送和接收数据程序组成，均包括初始化程序、发射程序和接收程序。

设置通信参数如下：设置异步串口通信方式，波特率为9.6Kbit/s，清除标志位，无奇偶校验并1位停止。串口配置程序如下：

U0CSR |= 0xC0；

U0GCR |= 8；

U0BAUD |= 59；

UTX0IF = 0；

U0UCR |=0x00；

当数据发送时，首先网关上红色LED灯闪烁，表示汇聚网关接收到PC机的指令。可以通过串口助手看到运行结果，如图1所示。

当数据从PC机发送至下行的汇聚网关时，也可以通过串口上字符串输入框输入需要传输的内容，将内容通过串口传送给汇聚网关。在串口通讯中一般有两种方式来接受数据，一种是查询法、另一种是中断法。查询法时串口都处于一种等待状态，查询串口上是否有数据，当数据接收完毕时开始对接收的数据进行相应的操作。这种方法的缺点是让程序一致等待串口，所以效率较低。中断法中串口上有数据时调用中断向量，把程序指针指到相应的中断服务服务程序上。

串口传送给汇聚网关，然后由串口打印输出，可以在图2中看到接收的结果。

4 结论

为了实现汇聚网关与PC机的通信，运用串口完成PC机和汇聚网关的数据传递是无线传感网络通信的基础。通过编写串口的发送程序和接收中断服务子程序来完成的。在接收数据过程中如果串口上有数据，那么会调用中断向量，中断向量把程序指针指到相应的中断服务服务程序上。在中断服务程序完成之后，程序只能还会跳转到中断之前的地址，这个方法的效率比较高。

参考文献

[1]李善仓，张克旺.无线传感器网络原理与应用[M].北京：机械工业出版社.2008.

[2]王小强，欧阳骏，黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].化学工业出版社.2013.

作者简介

李艳丽（1981-），女，硕士学位。现为荆楚理工学院电子信息工程学院讲师。

作者单位

1.荆楚理工学院电子信息工程学院 湖北省荆门市 448000

2.湖北交通职业技术学院道路与桥梁工程系 湖北省武汉市 430079