1． 引言

　　無線傳感網絡（Wireless Sensor Network, WSN）是部署在監測區域內大量廉價微型傳感器結點組成的，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網絡系統[1]，其目的是協作地感知，采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀測者。該技術起源于20世紀90年代的美國，經過十年的發展，無線傳感網絡技術集成了傳感器技術，微機電系統，現代網絡和無線通信等技術，跨越了計算機、半導體、嵌入式、網絡、通信、光學、微機械、化學、生物、航天、醫學、農業等眾多領域，相關技術已取得了長足的進步[2-4]。美國商業周刊和MIT技術評論在預測未來技術發展的報告中，分別將無線傳感網絡列為21世紀最具有影響的21項技術和改變世界的十大技術之一。

　　無線傳感器節點通過飛機大量拋撒或人工固定布置在任意地點，即便在惡劣的溫度條件下，也能迅速組成自組織網絡，同時傳遞出信息量豐富的信息。此過程中，無線網絡傳感節點的研究就顯得至關重要。隨著科學技術的進一步發展以及人類對高質高效社會的進一步追求，在原有基礎上，以現代高新技術為依托，人們對無線傳感網絡技術的研究不斷深入，研究成果也層出不窮。

　　本文的項目從工程技術和基礎理論兩個層面出發，重點對單個傳感器進行了基本設計，從整體上建立一個對環境具有普適性的通用無線傳感網絡模型。特別在節點IP地址分配方法和能源供應問題上作出了改進。

　　2． 系統構成

　　整個系統主要由傳感器，Nios?II處理器，并行模/數轉換芯片，射頻模塊，能源模塊以及外圍部件構成。由傳感器監測區域內信息并采集數據，并交由AC/DC進行數據轉換；處理器負責傳感節點的總體操作，處理本身采集的數據以及由其他節點發來的數據或控制信息；射頻模塊負責該節點與其他節點之間的無線通信，相互交換由匯聚節點或其他上層發來的控制信息和收發所采集的數據；擬用太陽能電池陣列與節點本身所攜帶的微型電池供電。

　　2.1 Nios II處理器

　　Nios II系列32位RISC嵌入式處理器Nios II 嵌入式CPU支持32位指令集、32位數據線寬度、32個通用寄存器、32個外部中斷源、2GB尋址空間，包含高達256個用戶自定義的 CPU 定制指令。其可選的片上 JTAG 調試模塊是基于邊界測試的調試邏輯，支持硬件斷點、數據觸發和片外片內的調試跟蹤，具有的完全可定制特性、性能、較低的產品和實施成本、易用性、適應性和不會過時。由于處理器是軟核形式，具有很大的靈活性，可以在多種系統設置組合中進行選擇，達到性能、特性和成本目標。相比于市場的同類產品它具有非常多的優勢。圖二為Nios II的標準內核設計框圖

　　●高靈活性

　　Nios II開發包含有一套通用外設和接口庫，可以自己定制外設，使用SOPC Builder，可以在Altera FPGA中，組合實現現有處理器無法達到的嵌入式處理器配置，每次都能得到所需的結果。

　　●豐富的外設、存儲器和接口。

　　功能接口包含： 外部三態橋接外部SRAM接口, UARTLCD接口, 用戶邏輯接口,JTAG UARTC ,并行I/O,S8900 10Base-T接口, 系統ID,EPCS串行閃存控制器片內ROM, 直接存儲器通道(DMA),緊湊閃存接口(CFI), 串行外設接口(SPI),SDR SDRAM ,片內RAM,LAN 91C111 10/100 ,有源串行存儲器接口,以太網接口PCI,PCI DDR SDRAM CAN RNGUSB DDR2 SDRAM DES 16550 UARTRSA SHA-1 I2C10/100/1000 Ethernet MAC 浮點單元

　　●高速的數據處理能力

　　Nios II/s（快速）擁有5級流水線，動態支路預測，可設置指令及數據緩沖，動態支路預測，Nios II處理器定制指令擴展了CPU指令集，提高對時間要求嚴格的軟件運行速度，從而能夠大大提高系統性能。采用定制指令可以實現傳統處理器無法達到的最佳系統性能。

　　Nios II系列處理器支持多達256條的定制指令，加速通常由軟件實現的邏輯和復雜數學算法支持固定和可變周期操作，其向導功能將用戶邏輯做為定制指令輸入系統，自動生成便于在開發人員代碼中使用的軟件宏功能。

　　●Avalon交換架構

　　Avalon交換架構的同時多主機體系結構提高了系統帶寬，消除了帶寬瓶頸（圖4）。采用Avalon交換架構，每個總線主機均有自己的專用互聯，總線主機只需搶占共享從機，而不是總線本身。每當系統加入模塊或者外設接入優先權改變時，SOPC Builder利用最少的FPGA資源，產生新的最佳Avalon交換架構。Avalon交換架構支持多種系統體系結構，如單主機/多主機系統，可實現數據在外設與性能最佳數據通道之間的無縫傳輸。