基于Nios II/s的 通用無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的設計

　　2.2  24位并行模/數(shù)轉換芯片AD7787

　　AD7787是ADI公司推出的適用于低頻測量的低功耗、低噪聲、雙通道、24位Σ一△模數(shù)轉換器。它利用片內時鐘電路工作，因而無需用戶提供時鐘源。AD7787的數(shù)據(jù)輸出速率可由軟件設置，這一特性使其轉換速率可在9．5Hz～120Hz之間變化。該芯片采用l0腳MSOP封裝（圖三），非常適合用于需要高分辨率、低功耗的便攜式儀器、溫度測量、傳感器測量、稱重儀等。

　　AD7787的主要特點如下：
    ●可在2．5、，～5．25V電壓范圍內工作。正常模式下的最大工作電流為75ttA，掉電模式下為l A；09．5Hz轉換速率下的RMS噪聲為1．1 V；
    ●22位有效分辨率時的峰峰值分辨率為l9．5位；
    ● 內部非線性度：3．5ppm；
    ●具有50Hz和60Hz同步抑制功能；
    ●具有內部時鐘振蕩器和VDD監(jiān)控通道；
    ●內含軌至軌輸入緩沖器；
    ● 帶有三線制串行接El，與SPI、QSPI、MI．CROWIRE及DSP兼容；
    ●工作溫度范圍為一40～+105℃。

　　AD7787內部（圖四）集成了一個Σ一△調制器、一個緩沖器和一個片內數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器的主要功能是提供正常模式抑制。在16．6Hz默認轉換速率條件下，它能提供50Hz和60Hz的同步抑制。AD7787采用內部時鐘電路工作，因而無需外接時鐘源。時鐘頻率以2、4、8因子分頻后應用于調制器和濾波器，從而可降低芯片的功耗。當采用5V單電源供電、緩沖器使能且時鐘以最大速率工作時，AD7787的功耗電流最大僅為160uA。

　　2.3 射頻芯片cc2510

　　CC2510是Chipcon公司推出的一款2.4GHz射頻芯片, 該器件成本低，包含UHF RF收發(fā)器和高性能低功耗8051微控制器，集成了32 KB在系統(tǒng)可編程Flash和外設內嵌4 KBSHAM。CC2510功能強大，擁有128位AES安全協(xié)處理器和DMA功能；系統(tǒng)時鐘是16MHz片內RC振蕩器或26 MHz晶體振蕩器，實時時鐘采用低功耗32.768 kHz晶體振蕩器或內部34 kHz RC振蕩器；具有高靈敏度(10 kb/s下為-100 dBm)和較高的接收靈敏度和阻塞功能，支持2-FSK,GFSK和MSK等調制方式；支持數(shù)字RSSI/LQI，工作電壓2.0 V~3.6V；具有21個通用I/O接口、兩個UART/SPI接口和可編程看門狗計時器，片內有1個16位定時器和3個8 位定時器，真正的隨機號碼發(fā)生器，支持硬件調試，有兩個數(shù)據(jù)指針。

　　3．設計思想

　　3.1 節(jié)點的定位

　　在普通的IP網(wǎng)絡中，IP地址都是直接分配給每個接入網(wǎng)絡的節(jié)點，IP地址分配采用手動分配或動態(tài)分配(比如：DHCP)。在一個大范圍的傳感器網(wǎng)絡中，采用手動分配IP的方法顯然不可行，而采用動態(tài)分配IP的方法在通信方面開銷又太大[6] ，同時文獻[6]給出了一種三維基于笛卡爾坐標系的IP分配方法，但本身實行起來不好操作，而且由于無線電波距離有限，精度不是很理想。本文設計了一種全新的IP地址三維的分配方法，節(jié)點用球坐標表示，通過三角定位法[8]將匯聚節(jié)點（一個主匯聚節(jié)點與一個輔助匯聚節(jié)點）和目標均看作三維空間的點，那么由方位角、俯仰角可以確定一條源自匯聚節(jié)點經(jīng)過目標的視線(1ine of sight，LOS)，計算出與主匯聚節(jié)點與匯聚點之間的距離（圖五）按照IP:(127.r.ρ.θ)就可以唯一節(jié)點了。

　　此處涉及了一個轉換問題，將θ的0°--360°轉換為0-255，即將360°劃分為256等份，以次近似來確定位置，而ρ的0——180轉換為0——255，即將180°分為256等份，其范圍為0—255.設匯聚節(jié)點的有效傳輸距離為 r，在此把0—r劃分為256等份，即精確度大到了r/256。所以IP空間為127.0.0.0——127.255.255.255 可以有2^24個節(jié)點,充分利用處理器2GB的尋址空間，大大的提高了可以容納節(jié)點的數(shù)量。

　　3.2 節(jié)點的供能

　　由于在無線傳感網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點數(shù)目往往比較龐大，且分布廣，環(huán)境復雜，若由人工定期為節(jié)點更換電池不僅會消耗巨大的人力無力，在有些工程實踐環(huán)境下甚至是不可實現(xiàn)的。本項目擬用太陽能與電池共同來提供電源。所采用的太陽能電池采用光—電直接轉換方式。