基于Nios II/s的 通用無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　2.2  24位并行模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD7787

　　AD7787是ADI公司推出的適用于低頻測(cè)量的低功耗、低噪聲、雙通道、24位Σ一△模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它利用片內(nèi)時(shí)鐘電路工作，因而無需用戶提供時(shí)鐘源。AD7787的數(shù)據(jù)輸出速率可由軟件設(shè)置，這一特性使其轉(zhuǎn)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(cè)量、傳感器測(cè)量、稱重儀等。

　　AD7787的主要特點(diǎn)如下：
    ●可在2．5、，～5．25V電壓范圍內(nèi)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(zhuǎn)換速率下的RMS噪聲為1．1 V；
    ●22位有效分辨率時(shí)的峰峰值分辨率為l9．5位；
    ● 內(nèi)部非線性度：3．5ppm；
    ●具有50Hz和60Hz同步抑制功能；
    ●具有內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器和VDD監(jiān)控通道；
    ●內(nèi)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(nèi)部（圖四）集成了一個(gè)Σ一△調(diào)制器、一個(gè)緩沖器和一個(gè)片內(nèi)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(rèn)轉(zhuǎn)換速率條件下，它能提供50Hz和60Hz的同步抑制。AD7787采用內(nèi)部時(shí)鐘電路工作，因而無需外接時(shí)鐘源。時(shí)鐘頻率以2、4、8因子分頻后應(yīng)用于調(diào)制器和濾波器，從而可降低芯片的功耗。當(dāng)采用5V單電源供電、緩沖器使能且時(shí)鐘以最大速率工作時(shí)，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(shè)內(nèi)嵌4 KBSHAM。CC2510功能強(qiáng)大，擁有128位AES安全協(xié)處理器和DMA功能；系統(tǒng)時(shí)鐘是16MHz片內(nèi)RC振蕩器或26 MHz晶體振蕩器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘采用低功耗32.768 kHz晶體振蕩器或內(nèi)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(diào)制方式；支持?jǐn)?shù)字RSSI/LQI，工作電壓2.0 V~3.6V；具有21個(gè)通用I/O接口、兩個(gè)UART/SPI接口和可編程看門狗計(jì)時(shí)器，片內(nèi)有1個(gè)16位定時(shí)器和3個(gè)8 位定時(shí)器，真正的隨機(jī)號(hào)碼發(fā)生器，支持硬件調(diào)試，有兩個(gè)數(shù)據(jù)指針。

　　3．設(shè)計(jì)思想

　　3.1 節(jié)點(diǎn)的定位

　　在普通的IP網(wǎng)絡(luò)中，IP地址都是直接分配給每個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，IP地址分配采用手動(dòng)分配或動(dòng)態(tài)分配(比如：DHCP)。在一個(gè)大范圍的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，采用手動(dòng)分配IP的方法顯然不可行，而采用動(dòng)態(tài)分配IP的方法在通信方面開銷又太大[6] ，同時(shí)文獻(xiàn)[6]給出了一種三維基于笛卡爾坐標(biāo)系的IP分配方法，但本身實(shí)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(shè)計(jì)了一種全新的IP地址三維的分配方法，節(jié)點(diǎn)用球坐標(biāo)表示，通過三角定位法[8]將匯聚節(jié)點(diǎn)（一個(gè)主匯聚節(jié)點(diǎn)與一個(gè)輔助匯聚節(jié)點(diǎn)）和目標(biāo)均看作三維空間的點(diǎn)，那么由方位角、俯仰角可以確定一條源自匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)過目標(biāo)的視線(1ine of sight，LOS)，計(jì)算出與主匯聚節(jié)點(diǎn)與匯聚點(diǎn)之間的距離（圖五）按照IP:(127.r.ρ.θ)就可以唯一節(jié)點(diǎn)了。

　　此處涉及了一個(gè)轉(zhuǎn)換問題，將θ的0°--360°轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為0——255，即將180°分為256等份，其范圍為0—255.設(shè)匯聚節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn),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(diǎn)的數(shù)量。

　　3.2 節(jié)點(diǎn)的供能

　　由于在無線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目往往比較龐大，且分布廣，環(huán)境復(fù)雜，若由人工定期為節(jié)點(diǎn)更換電池不僅會(huì)消耗巨大的人力無力，在有些工程實(shí)踐環(huán)境下甚至是不可實(shí)現(xiàn)的。本項(xiàng)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(zhuǎn)換方式。