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        基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的電力線桿塔監(jiān)測系統(tǒng)的研究

        2015-04-02 14:12:50葉德昌郁煒祝永華
        無線互聯(lián)科技 2015年2期
        關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

        葉德昌 郁煒 祝永華

        摘 要:為便于高壓線路和電力塔提前維護(hù)和更好的使用,構(gòu)建了一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),通過節(jié)點(diǎn)、自身電路和協(xié)議,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包快速有效的延伸和接力傳輸。文章設(shè)計(jì)的電力塔遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)包含監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、傳感器節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)與數(shù)據(jù)收發(fā)等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

        關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò);遠(yuǎn)程監(jiān)測;高壓線路;電力塔

        高壓線路和電力塔是遠(yuǎn)程電能輸送的關(guān)鍵設(shè)施,但由于人力和自然的損壞等不確定因素的影響,電力傳輸?shù)倪^程可能會(huì)被中斷,然而電力公司由于無法提前確定供電電纜是否會(huì)斷裂、斷裂的具體位置,采用傳統(tǒng)的方法查找耗時(shí)耗力,并且延誤搶修時(shí)刻,往往會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為解決這類社會(huì)問題,就必須能夠檢測供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的溫度、濕度等于電纜狀態(tài)緊密相關(guān)的數(shù)據(jù),同時(shí)能夠把這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦╇姽芾聿糠值目刂浦行?,因此,建立一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的電力塔實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。本文采用ZigBee技術(shù)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),針對高壓輸電線路、以及中繼傳輸?shù)碾娏λ系臏囟取穸鹊认嚓P(guān)重要數(shù)據(jù),建立一個(gè)傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的理論和應(yīng)用研究。

        1 電力塔監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

        電力傳輸線桿塔監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由無線節(jié)點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)部分(sink節(jié)點(diǎn))、Internet或GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)接口、上位機(jī)等組成。其中可分為以下模塊:

        ⑴主控制模塊設(shè)計(jì):它包括振蕩器電路,編程接口電路,故障診斷電路以及狀態(tài)指示電路等幾部分組成。

        ⑵傳感器節(jié)點(diǎn)無線模塊:通過ZigBee技術(shù)的無線通信方式及PRO協(xié)議棧,配合JN5148芯片通訊模塊,實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的無線傳輸。

        ⑶無線收發(fā)模塊設(shè)計(jì):該模塊主要是以JN5148芯片為核心,通過UART異步串口與主處理器進(jìn)行通信,同時(shí)采用SPI總線接口完成模塊的初始化和命令,電源采用3.3V供電,復(fù)位端保持與節(jié)點(diǎn)終端系統(tǒng)一致的外部復(fù)位RESET。

        ⑷GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)電路:實(shí)現(xiàn)一定距離內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理匯總及轉(zhuǎn)發(fā)給供電管理部門的監(jiān)測控制中心。

        ⑸信息采集單元模塊:負(fù)責(zé)采集到的信息進(jìn)行檢測、處理、傳輸?shù)裙δ埽O(jiān)測、預(yù)報(bào)人為破壞、自然災(zāi)害等。

        ⑹溫度、濕度及視頻圖像采集單元:采集高壓輸電線路和電力塔周圍張力、溫度和濕度等信息,及現(xiàn)場視頻圖像,溫度傳感器采用美國DALLAS公司的DS18B20,濕度傳感器選用瑞士Sensirion公司SHT75。

        ⑺軟件系統(tǒng)的開發(fā):包括傳感器節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)與數(shù)據(jù)收發(fā)、傳感器溫度濕度等信息數(shù)據(jù)采集與處理、圖像信息數(shù)據(jù)采集與處理、GPRS網(wǎng)絡(luò)登錄控制等。

        2 傳感器節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)與數(shù)據(jù)收發(fā)

        zigBee協(xié)議棧的功能在本文中可以實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的無線網(wǎng)絡(luò)鏈接,并且完成溫度、濕度等數(shù)據(jù)的采集,為現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)與后臺(tái)控制中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互。

        在交互過程中,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧完成各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的溫度、濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)的登錄、退出,以及收發(fā)、轉(zhuǎn)發(fā)等功能,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理之間的交互管理。

        系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源于各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn),數(shù)據(jù)傳輸采用路由協(xié)議,實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

        傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸采用合理的路由協(xié)議機(jī)制,實(shí)現(xiàn)過程:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后,首先傳感器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù),并將采集數(shù)據(jù)保存準(zhǔn)備處理。如果傳感器監(jiān)測信息數(shù)據(jù)需要發(fā)送或上層節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā),則向相鄰ID號(hào)加1或減1的節(jié)點(diǎn)請求數(shù)據(jù)傳送,當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后返回等待,繼續(xù)判斷網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和采集傳感器數(shù)據(jù),發(fā)送錯(cuò)誤設(shè)置發(fā)送標(biāo)志等待下一個(gè)周期向相鄰節(jié)點(diǎn)通信模塊再次發(fā)送。如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送,則設(shè)置定時(shí)器初始化偵聽周期,節(jié)點(diǎn)模塊進(jìn)入體眠狀態(tài);當(dāng)定時(shí)器溢出后進(jìn)入偵聽狀態(tài),連續(xù)3次沒有激活事情,修改定時(shí)器偵聽周期;如果在偵聽時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)生激活事件,則減小定時(shí)器偵聽周期。一般狀態(tài)下節(jié)點(diǎn)進(jìn)行休眠,等待下一個(gè)喚醒周期工作。

        3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

        ⑴在線監(jiān)測供電線路的溫度和濕度等重要數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),為供電線路維護(hù)人員實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確依據(jù),大大提高了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

        ⑵無線傳感網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒈O(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)上傳至監(jiān)控中心,從技術(shù)上解決了人工巡檢與無人機(jī)巡檢的各項(xiàng)不足,保障了輸電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。保障了電力工作者的工作安全,降低了平時(shí)的工作強(qiáng)度。

        ⑶實(shí)時(shí)采集供電線路的溫度、濕度等數(shù)據(jù),避免了傳統(tǒng)的定期系統(tǒng)停電檢修的方式方法,達(dá)到了“機(jī)器換人”的目的,實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)可靠性高、成本降低和減少人工的目的。

        [參考文獻(xiàn)]

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