依附于紫蜂技術的低功耗電能參數無線監測系統

李京華+張鵬濤+宋會良

摘 要：近年來，伴隨社會經濟與科技的持續進步，我們對用電的需求不可同日而語，所以深化智能電網可靠性控制勢在必行。為了確保電力裝置的穩定運行，目前，變壓器裝置的在線診斷技術被電力企業所廣泛應用，不過對變壓器電壓、負荷以及鐵芯入地電流數據的測量，與傳感設備的安裝及網絡通信連接依然是現階段我們亟待解決的主要問題。因此，開發一種引線便捷、絕緣性優異、功耗小同時能予以同步監測電能數據及溫度的傳感器成為我們所關注的內容。而低功耗電能數據測量芯片與wireless network紫蜂技術也應運而生。

關鍵詞：紫蜂技術；低功耗電能數據；無線監測

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0021-02

Abstract： In recent years， with the continuous progress of social economy and science and technology， we do not have the same demand for electricity， so it is imperative to deepen the reliability control of smart grid. In order to ensure the stable operation of power plant， the on-line diagnosis technology of transformer device is widely used by power enterprises， but the transformer voltage， load and core earth current data are measured. The installation of sensor equipment and the network communication connection are still the main problems to be solved at this stage. Therefore， the development of a new sensor with convenient lead， excellent insulation， low power consumption and synchronous monitoring of electrical energy data and temperature has become the focus of our attention. And low power consumption power data measurement chip and wireless network technology also came into being.

Keywords： ZigBee technology； low-consumption power data； wireless monitoring

眾所周知，紫蜂技術即為應用于控制與監視的低速率、短距離、低功耗、低投資、高穩定性的wireless network。其組網具有多元化特性，同時具備自恢復及優異的冗余性，可以有效覆蓋一定的范圍，各紫蜂網絡能夠支持六萬臺裝置，換而言之，每臺紫蜂裝置能夠和其他六萬臺裝置予以連接。目前紫蜂技術在很多領域都被廣泛應用。文章將以依附于紫蜂技術的低功耗電能參數無線監測系統作為切入點，在此基礎上予以深入的探究，相關內容如下所述。

1 紫蜂技術系統硬件設計

紫蜂技術系統通過下述幾層基本結構所構成：（1）無線電能數據與溫度采集模塊（2）紫蜂技術接收節點（3）計算機工作點。無線電能數據與溫度采集模塊進行被測目標的電能數據與溫度的測量，在此基礎上經紫蜂技術Wireless Communication System接口將參數傳輸至紫蜂接收節點，紫蜂接收節點將接收到的參數予以處理后經控制器局域網絡及Ethernet等總線把參數傳輸至計算機工作站，同時予以深入的處理。

無線電能監視裝置硬件中央處理器擇取三十二位核、嵌入128K字節閃存Memory與16K字節靜態隨機存取存儲器的LPC2134嵌入式微處理器。外圍電路通過液晶顯示器模塊、報警輸出電路、數據存儲電路、紫蜂Wireless Communication System、RS485通信接口電路與同步時鐘電路所構成。液晶顯示器模塊即人機交互接口顯示電流有效值、電壓有效值、功率、頻率、功率因數以及溫度等數據測量值與同步趨勢表等；按鍵接口電路功能是匹配于人機交互接口液晶顯示器模塊，便于用戶予以調試系統組態數據與切換測量參數顯示畫面；紫蜂Wireless Communication System集成了紫蜂無線收發裝置于一個單指令內嵌閃存空間的51中央處理器，而且還有通用輸入/輸出口，功能為接收無線電能數據與溫度測量模塊傳輸的參數，在此基礎上將數據傳輸至主中央處理器予以處理。

無線電能數據與溫度測量模塊主微控制單元擇取超低功耗的十六位Microcontroller Unit。外圍電路通過紫蜂技術Wireless Communication System模塊、電量傳感器電路、溫度傳感器電路及電源電路等構成。紫蜂Wireless Communication System模塊功能是將測得的電能數據與溫度數據通過無線傳輸至監視裝置；電源電路功能經電壓互感裝置在線取電，為整個模塊輸送電能，因此節約外部供電。

2 紫蜂技術系統軟件設計

無線電能數據監視裝置因為程序設計相對繁瑣，所以我們可擇取基于優先級的搶占式多任務嵌入式同步操作系統。基于優先級搶占式多任務內核的特性即為簡便、可靠且具有較強的同步性，能夠調整源代碼，進而使其匹配于自己的需要，同時可裁減掉多余的區域，使操作系統更為小巧，在此基礎上能夠有效達到用戶特定操作系統的需要。為了深化系統的同步性，基于優先級的搶占式多任務能夠把一個繁瑣的應用分割成多個相互獨立的任務，同時依附于任務的重要性予以分配優先項，任務的調度均通過基于優先級的搶占式多任務同步內核所完成。基于優先級的搶占式多任務內核還負責中央處理器時間的分配，中央處理器時間總是優先分配給中斷任務，差異化任務的通信能夠經基于優先級的搶占式多任務提供的信號量予以完成。endprint

擇取基于優先級的搶占式多任務同步操作系統內核，便捷了應用程序的設計，可以讓程序結構更具層次性。整個程序設計通過操作系統與相應的用戶應用任務所組建，因此可以更便捷的維護應用程序。

無線電能數據監視裝置若想實現程序內相關任務的同步性，將程序劃分為多個具有差異化優先級的任務。

經多任務操作機制的任務與常規函數有較大的差異，其即為一個無限的循環，同時并不存在返回值。若沒有更高優先級的任務加入就緒態，那么當前任務是無法放棄對中央處理器的使用權的。為了達到操作系統的穩定運行與相關事件的同步性，一定要有針對性的處理任務間的事件結構。

相關任務具備差異化的優先級，經調用系統延時函數，能夠促使更高優先級的任務進入就緒態。在設計環節，經對延時數據的構建，系統隔一短時間，即可啟動接收隊列監視任務，按時掃描環形緩沖范圍。若發現讀指針和寫指針失衡的問題，那么會將環形緩沖范圍內新接收的參數錄入至recvbuf，在此基礎上對接收的數據予以處理，如果是紫蜂Wireless Communication System模塊傳輸的參數，那么就發送數據處理信號量DataProcSem，參數處理任務接收信號量啟動運行，進而開啟參數處理；如果是計算機監控工作站傳輸請求幀參數，那么就發送參數發送信號量SendSem，參數傳輸任務接收到信號量，進而開始運行，開啟參數的傳輸功能，見圖1。

在未使用基于優先級的搶占式多任務所提供的功能時，一定要先調用OSInit（）函數，此函數構建了兩個基本任務：（1）空閑任務（2）統計任務。此應用程序忽略統計任務，OSInit（）函數僅構建一個任務，也就是空閑任務。InitHardw

are（）函數所需完成系統時鐘調整與通用異步收發傳輸器串口數據的初始化；InitPara（）函數完成系統整體變量的初始化，在此基礎上構建相關應用任務，進而OSStart（）函數會把控制權交由優先級搶占式多任務內核，同時予以多任務運行。

電能數據與溫度測量模塊因為對時間會有一定的要求，同時程序設計較為便捷，因此程序擇取依附于時間控制的程序流程構架，使用時間狀態的編程技術。程序予以運行后，第一步，會初始化系統硬件數據與系統變量數據，在此基礎上采集電能數據與溫度，第二步，將相關參數經紫蜂Wireless Communication System模塊傳輸至無線電能數據監視裝置，第三步，轉至空閑睡眠模式。其中數據傳輸任務完成時間控制在五十毫秒，其中包括三十毫秒的喚醒等待、十毫秒的參數通信時間。

3 結束語

綜上所述，系統通過無線電能數據與溫度采集模塊、紫蜂技術接收節點以及計算機工作點所構成。無線電能數據與溫度采集模塊進行被測目標的電能數據與溫度的測量，在此基礎上經紫蜂技術Wireless Communication System接口將參數傳輸至紫蜂接收節點，紫蜂接收節點將接收到的參數予以處理后經控制器局域網絡及Ethernet等總線把參數傳輸至計算機工作站，同時予以深入的處理。我們可以通過此系統予以有效的在線故障診斷，在此基礎上處理變壓器過載、過熱及漏電流等問題，進而避免此類問題的發生，從根本確保高壓裝置的可靠運行。

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