一、前言

1.1 开发背景

烟雾浓度检测是许多环境监测与安全预警系统中的重要环节，能够有效帮助识别火灾隐患、工业泄漏或其他烟雾污染情况。通过利用传感器对环境中烟雾的实时监控，可以为系统提供可靠的预警信息，提升环境安全性。

CC2530是一款功能强大的低功耗无线SoC芯片，基于8051内核，广泛应用于物联网领域。其丰富的GPIO接口和外设资源，使其能够轻松接入多种传感器和模块，满足复杂应用场景的需求。在本项目中，CC2530作为主控芯片，与MQ2烟雾传感器配合，实现对环境烟雾浓度的数字化监测。

MQ2是一种常见的气体与烟雾传感器，支持对多种可燃气体及烟雾的检测。传感器具有模拟输出和数字输出两种接口模式，其中数字输出通过DO引脚以高低电平形式表示是否检测到烟雾。这种简单的输出方式降低了数据处理复杂度，适合直接接入单片机进行逻辑判断。

在项目中，MQ2传感器的DO引脚接入CC2530的P0.7引脚，主控芯片通过检测该引脚的高低电平状态，判断环境中是否存在烟雾。检测结果通过CC2530的串口0发送到PC端的串口调试助手，便于实时显示和分析。这种设计实现了硬件资源的高效利用，同时提供了灵活的功能扩展空间。

这是当前实验使用的CC2530板子的实物图：

1.2 MQ2烟雾传感器

MQ2烟雾传感器是一种广泛应用于烟雾、气体泄漏检测领域的电子传感器，具有灵敏度高、响应快、易于使用等特点。它能够检测空气中的可燃气体（如甲烷、丁烷、丙烷、氢气）以及烟雾的浓度，因此常用于火灾报警器、燃气泄漏监测系统以及工业安全设备。

MQ2传感器的核心组件是一种金属氧化物半导体材料。当可燃气体或烟雾接触到传感器表面时，该材料的电阻会发生显著变化。这一特性使得传感器可以通过检测电阻变化来感知气体浓度。MQ2传感器集成了模拟输出和数字输出两种接口模式，用户可以根据需要选择适合的信号类型。

在数字模式下，MQ2的DO引脚输出高低电平，表示气体浓度是否达到预设的阈值。这种方式非常适合对是否存在气体进行简单的逻辑判断，便于直接与单片机GPIO接口连接。而在模拟模式下，AO引脚输出的电压值与气体浓度成正比，可以实现更加精确的浓度检测。

MQ2传感器工作时需要预热，内部加热器会将传感器加热到工作温度，以确保传感材料的反应灵敏度。这意味着在通电后需要等待一定时间（通常为数分钟）才能获得稳定的检测结果。传感器的工作电压通常为5V，数字接口部分可以兼容3.3V的单片机输入，适应性较强。

此外，MQ2传感器还配备了灵敏度调节功能。通过调节模块上的电位器，可以设置数字输出的阈值，从而满足不同场景对检测精度和响应速度的需求。这种灵活性使MQ2可以应用于多种环境下的烟雾和气体监测。

尽管MQ2在检测多种气体和烟雾方面表现良好，但它的输出信号容易受到温度、湿度等环境因素的影响。因此，在实际使用中通常需要进行适当的校准，以确保检测结果的可靠性和稳定性。整体来看，MQ2以其高性价比和易用性，成为物联网、家庭安全以及工业安全监测系统中的重要组成部分。

1.3 项目硬件模块组成

(1) CC2530主控芯片 作为核心控制单元，用于读取MQ2传感器的数字信号，并通过串口发送检测结果。

(2) MQ2烟雾传感器 用于检测环境中的烟雾或可燃气体浓度，输出高低电平信号来指示是否达到设定的阈值。

(3) P0.7 GPIO接口 CC2530的P0.7引脚作为输入端口，连接MQ2传感器的DO引脚，用于接收传感器的数字输出信号。

(4) 电源模块 提供系统所需的稳定电源，为CC2530和MQ2传感器分别提供3.3V和5V的工作电压。

(5) 串口通信模块 基于CC2530的UART0接口，通过串口将检测结果发送到PC端，便于实时监测和调试。

(6) 串口调试助手 运行在PC上的工具，用于接收和显示从CC2530发送的串口数据，验证检测功能是否正常。

1.4 项目实现的功能

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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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：

1. 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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

/****************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 描    述: MQ-2气体传感器,当测量浓度大于设定浓度时，LED1会闪烁,MQ-2上的DD-LED
*          也会长亮。如果另外一个IO接蜂鸣器就可报警了，自己DIY吧!
****************************************************************************/
#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口为传感器的输入端
​
/****************************************************************************
* 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++);
}
​
/****************************************************************************
* 名    称: InitGpio()
* 功    能: 设置LED灯和MQ2相应的IO口
* 入口参数: 无
* 出口参数: 无
****************************************************************************/
void InitGpio(void)
{
    P1DIR |= 0x01;               //P1.0定义为输出口
    P0DIR &= ~0x20;              //P0.6定义为输入口
}
​
void main(void)
{  
    uint i=0;
    
    InitGpio();                    //设置LED灯和MQ2相应的IO口
​
    while(1)                      //无限循环
    {
        LED1 = 1;                 //熄灭P1.0口灯    
        if(DATA_PIN == 0)         //当浓度高于设定值时 ，执行条件函数        
        {
            DelayMS(10);          //延时抗干扰
            if(DATA_PIN == 0)     //确定 浓度高于设定值时 ，执行条件函数
            {
                for (i=0; i<10; i++)
                {
                    LED1 = ~LED1; //闪烁LED1，提示用户
                    DelayMS(100);
                }
            }
        }
    }    
}
​

四、总结

通过将MQ2烟雾传感器与CC2530主控芯片相结合，本项目成功实现了对环境中烟雾浓度的实时检测和数据输出。MQ2传感器的数字输出模式使得烟雾检测过程更加简单可靠，CC2530通过读取传感器的高低电平信号，准确判断是否存在烟雾，并通过串口将结果实时传输到PC端进行显示和分析。

该系统的设计充分利用了CC2530的低功耗特性，使其适用于长期稳定运行的环境监测应用。通过串口调试助手，可以实时查看烟雾检测的状态，便于开发和调试。同时，MQ2传感器提供了灵敏度调节功能，使得系统可以根据具体需求进行优化，适应不同场景下的烟雾检测。

项目的硬件组成与功能实现展示了物联网设备开发的基本思路，系统结构清晰，功能明确，具有较好的可扩展性。未来，系统可以通过添加更多传感器或拓展无线通信模块，进一步提升检测范围和系统的智能化水平。这为智能家居、工业安全和环境监控等领域的应用提供了有效的技术支持。