基于ZigBee技術的分布式智能在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

徐曉昂

摘 要近些年，隨著無線信息技術的快速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)的新型技術逐漸改變大眾的生活方式和習慣。從無線網(wǎng)絡角度來說，無線通信技術的使用重點在于提升傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量和距離，在工業(yè)控制、汽車、家庭數(shù)控網(wǎng)絡、商業(yè)監(jiān)控等領域中。ZigBee技術是針對系統(tǒng)要求傳輸速率、低成本需求產生的，文中從ZigBee技術的關概念及優(yōu)點入手，基于該技術設計變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟、硬件，設計出實用性強、小型化的監(jiān)測系統(tǒng)。

【關鍵詞】ZigBee技術 在線監(jiān)測系統(tǒng) 變電站

無線器網(wǎng)絡知識通過大量傳感器節(jié)點相互協(xié)調，節(jié)點采用隨機或特定的方法設計在目標環(huán)境內，獲得周圍環(huán)境下的信息并完成相應的任務。

1 簡述ZigBee技術及其優(yōu)點

ZigBee是目前新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡技術，主要用來實現(xiàn)近距離無線連接。該技術采用無線電標準，在數(shù)千個傳感器合理協(xié)調實現(xiàn)通信。上述傳感器只需少量的能力，由無線電波把信息由傳感器傳送到另一個傳感器，產生較高的通信效率。ZigBee技術具有成本低、網(wǎng)絡容量大、可靠性高、低能耗等優(yōu)點，廣泛應用在工業(yè)、農業(yè)、軍事偵察、家庭自動化等領域。ZigBee技術傳輸速率低，協(xié)議相對簡單，能在一定程度上降低運行成本。其網(wǎng)絡容量較大，每個ZigBee網(wǎng)絡最多能支持255個設備，換言之每個ZigBee設備能與254臺設備相互連接。ZigBee技術主要用于短距離且數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各類電子設備中。

2 基于ZigBee技術設計變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體框架

ZigBee技術非常適用于投資少、網(wǎng)絡安全要求高、數(shù)據(jù)吞吐量小的場合，能廣泛應用于工業(yè)和家庭智能化、醫(yī)用設備等領域。變電站無線通信網(wǎng)絡建成后，在信號覆蓋區(qū)域任意角落均可連接無線網(wǎng)絡，說明ZigBee技術具有較強的可擴展性和靈活性。在變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)中，實時性是其另一項重要字表。ZigBee無線通信網(wǎng)絡增設的節(jié)點網(wǎng)絡參與時間為30ms，節(jié)點由休眠至進入狀態(tài)典型時延為15ms，滿足系統(tǒng)實時性要求。變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩個部分，硬件由處理器、ZigBee傳輸模塊、圖像及溫濕度采集等模塊組成。其中，ZigBee模塊主要用來將溫濕度信息。變電站場景等信息上傳至控制中心。

2.2 合理設計硬件各模塊

2.2.1 挑選恰當?shù)奶幚砥?/p>

該設計系統(tǒng)要求CPU必須具備高速的數(shù)字信號處理能力，必須對接收的溫濕度信息、圖像信息等進行數(shù)據(jù)處理，完成變電站在線監(jiān)測的效果。本次設計采用TMS320VC5509數(shù)字信號處理芯片為中心處理器，該芯片是一種性價比高的DSP芯片，其采用1.6V核心電壓及3.3V外圍接口電壓，最低能支持0.9V核心電壓運行。

2.2.2 設計圖像采集模塊

圖像采集模塊主要負責實施收集變電站場景信息，該系統(tǒng)使用OV7670型號的圖像傳感器，其是一種體積小、成本低、功耗低的嵌入式單片圖像傳感器，工作電控控制在2.45～3.0V。

2.2.3 設計溫濕度采集模塊

因本次研究的重點不是傳感器，因此，本系統(tǒng)只采用一個溫濕度傳感器采集該變電站溫濕度數(shù)據(jù)，隨之借助無線收發(fā)模塊傳送至主節(jié)點上。傳統(tǒng)的溫濕度傳感器通常需要涉及信號調理電路并由復雜的校準和標定過程中，因此，無法保障測量的準確度。文中采用某公司推出的新型溫濕度傳感器，該傳感器把CMOS芯片技術和傳感器技術合理結合，有效發(fā)揮兩者的互補優(yōu)勢。該溫濕度采集模塊主要負責及時采集溫濕度信息，本系統(tǒng)挑選瑞士公司生產的SHT11型號溫濕度傳感器，該傳感器工作電壓控制在2.4～5.5V，其測量精度高、穩(wěn)定性更強。

2.2.4 設計ZigBee模塊

該模塊主要功能是將溫度信息、變電站場景等信息傳遞至上位機管理系統(tǒng)內。本系統(tǒng)使用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，該模塊設計可編程內存、高性能RF收發(fā)器、低功耗的8051內核。

2.2.5 設計RS232串口電路

設計合理的RS232串口能實現(xiàn)芯片與ZigBee模塊實現(xiàn)實時通信。本系統(tǒng)使用某公司生產的MAX3232轉換芯片，該芯片是一種標準的收發(fā)系統(tǒng)，工作電壓控制為3.0～5.5V。

2.3 設計系統(tǒng)軟件

變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要由微處理器程序、射頻收發(fā)模塊、初始化程序等部分組成，初始化程序主要用來對轉換器、射頻芯片等設備實施初始化操作。發(fā)射程序把創(chuàng)建的數(shù)據(jù)包借助單片機接口傳送至收發(fā)模塊并及時輸出。接收程序準確接收數(shù)據(jù)后，并給予針對性處理。如果系統(tǒng)準備就緒，創(chuàng)建并成功實施網(wǎng)絡連接后，ZigBee網(wǎng)絡開始傳送溫濕度等模塊收集的數(shù)據(jù)信息。信息傳送完成后，上位機管理系統(tǒng)實施對數(shù)據(jù)展開分析和處理，從而達到實時檢測變電站信息的目的。在線監(jiān)測系統(tǒng)工作流程如圖1。

3 結束語

總之，文中根據(jù)變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的具體需求，分析傳統(tǒng)有線連接網(wǎng)絡的不足之處，闡述ZigBee技術的主要優(yōu)點，針提出采用無線網(wǎng)絡代替?zhèn)鹘y(tǒng)網(wǎng)絡在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案，并將該設計廣泛應用于電力系統(tǒng)中。

參考文獻

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作者單位

江蘇省產品質量監(jiān)督檢驗研究院 江蘇省南京市 210007