原创基于CC2530的ZigBee转以太网网关的设计与实现

 2014-8-5 09:57  2995 16 16 分类: 消费电子

物联网技术的实现中，无线技术是不可缺少的部分。近年无线技术的发展，将ZigBee推入人们的视线中，那么ZigBee是怎样的一种技术呢？带着疑问，我查询了它的来历：
ZigBee，来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，可以想象蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络！
是不是有点意思，那么随之 ZigBee的出现就成了一种我们熟知的无线组网通讯技术并广为应用。本篇就带你认识ZigBee，并实现一种常见应用：ZigBee转以太网网关。

将ZigBee技术连接互联网

图1 智能家居中ZigBee应用示意图

ZigBee是一种低成本，低功耗的近距离无线组网通讯技术，在智能家居、智能楼宇、工业监控等领域均有广泛应用。基于ZigBee的智能家居应用，如图1所示，用户在家庭中安装一个主控中心（ZigBee网关），及若干个与家电设备相连的分控终端，来远程操控所有家用电器，设想下躺在沙发上控制厨房的电饭煲煮饭是不是无限畅快呢？如果网关可以连到互联网上，甚至远在公司，打开手机就能登录到家里的网关查看家里的情况。作为开源爱好者，可能很多人已经做过ZigBee方面的开发，一般使用TI公司的CC2530射频芯片较多，TI公司也针对这类芯片制定了完备的软件协议栈zstack。CC2530受处理器速度和内存限制，无法运行TCP/IP协议，用户往往通过串口获得协调器汇聚的数据。想要让协调器直接连上互联网只能借助其他网络芯片，由于W5500以太网芯片在硬件上实现了TCP/IP协议，即使像CC2530这样的16位单片机也可以自如操控W5500，实现联网，无需借助其他辅助处理器做数据转换。本文我们使用两个CC2530模块，组建一个小型的ZigBee网络，一个作为协调器建立网络，另一个作为终端节点不断的采集温湿度数据并发送给协调器。为实现协调器的联网，我们在协调器上外接一个W5500模块，协调器作为TCP客户端连接以太网内的主机，并将终端节点发来的数据通过W5500上传给主机。应用系统的实物如图2所示： Zigbee2

图2系统实物

准备工作

1. 安装编译环境IAR Embedded Workbench for MCS-51 7.51A
2. 安装协议栈ZStack-CC2530-2.2.2-1.3.0
3. 安装CC2530模块调试下载器驱动

硬件连接与驱动程序重写

W5500在硬件上实现TCP/IP协议，用户几乎不需要任何网络基础，并且WIZnet公司针对W5500也有很好的程序包的支持，只需调用socket函数，就可以完成网络的建立和通讯，当然，要获得以上便利，我们要先将CC2530与W5500连接起来，并能够发送数据控制W5500。 W5500与MCU通信使用SPI接口，CC2530是带有8051内核的无线MCU，片上有两个SPI接口，并且与USART复用，这里我们选择SPI1作为W5500的控制接口。图2为W5500模块的管脚对应关系，控制这个模块仅需J1插针上的1-7引脚（程序上使用轮询机制，所以可以省略INT中断管脚）。图3为CC2530模块上SPI1引脚的对应关系，另外使用P13作为W5500模块RST（复位）的输出控制引脚。通过排线将以上引脚对应连好后就可以编写硬件驱动程序啦。 Zigbee3

图3 W5500模实物与原理图管脚对照

图4 CC2530EB板SPI管脚对照

由于W5500的函数驱动库是分层次书写的，我们只需将SPI通信的硬件抽象层的函数重新编写即可。以下为CC2530的SPI1的初始化配置函数和数据收发函数的程序，以及复位管脚的控制程序：

CODE: SELECT ALL: #include “ioCC2530.h” //SPI管脚和初始化配置 voidWIZ_SPI_Init(void) { PERCFG |=0×02;//打开UART1外设 P1SEL |=0xE0;// 使能P1_7, P1_6, and P1_5 外设功能 P1SEL &=~0×10;// 配置P1_4为普通GPIO (SPI_CS) P1DIR |=0×10;// 配置P1_4输出引脚 // Set baud rate to max (system clock frequency / 8) U1BAUD =0×00;// BAUD_M = 0 U1GCR |=0×11;// BAUD_E = 17 U1CSR &=~0xA0;// SPI 主机模式 // Configure phase, polarity, and bit order U1GCR &=~0xC0;// CPOL = CPHA = 0 U1GCR |=0×20;// ORDER = 1 P1SEL &=~0×08;// 配置P1_3为普通GPIO (RST) P1DIR |=0×08;// 配置P1_3为输出引脚 } //W5500 复位引脚的控制 void WIZ_RST(uint8 val) { if(val== LOW){ P1_3=0;//引脚拉低 }elseif(val== HIGH){ P1_3=1;//引脚拉高 } } //SPI CS管脚的电平控制 void WIZ_CS(uint8 val) { if(val== LOW){ P1_4=0; }elseif(val== HIGH){ P1_4=1; } } //SPI数据发送和接收 uint8 SPI2_SendByte(uint8 byte) { uint8 temp; U1DBUF = byte; while(!(U1CSR&0×02));//等待数据发送完毕 U1CSR &=0xFD; temp = U1DBUF;//读取数据缓冲区接收字节 return temp; }