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和更好的使用，構(gòu)建了一個基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過節(jié)點、自身電路和協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包快速有效的延伸和接力傳輸。文章設(shè)計的電力塔遠程監(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)點入網(wǎng)與數(shù)據(jù)收發(fā)等幾個關(guān)鍵技術(shù)。

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

高壓線路和電力塔是遠程電能輸送的關(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^程可能會被中斷，然而電力公司由于無法提前確定供電電纜是否會斷裂、斷裂的具體位置，采用傳統(tǒng)的方法查找耗時耗力，并且延誤搶修時刻，往往會造成巨大經(jīng)濟損失。為解決這類社會問題，就必須能夠檢測供電系統(tǒng)運行狀態(tài)的溫度、濕度等于電纜狀態(tài)緊密相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時能夠把這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦╇姽芾聿糠值目刂浦行?，因此，建立一個無線網(wǎng)絡(luò)的電力塔實時監(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?、濕度等相關(guān)重要數(shù)據(jù)，建立一個傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要包括傳感器節(jié)點入網(wǎng)和數(shù)據(jù)收發(fā)等幾個關(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、無線網(wǎng)關(guān)部分（sink節(jié)點）、Internet或GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)接口、上位機等組成。其中可分為以下模塊：

⑴主控制模塊設(shè)計：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，實現(xiàn)各個傳感器節(jié)點之間的無線傳輸。

⑶無線收發(fā)模塊設(shè)計：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行通信，同時采用SPI總線接口完成模塊的初始化和命令，電源采用3.3V供電，復位端保持與節(jié)點終端系統(tǒng)一致的外部復位RESET。

⑷GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)電路：實現(xiàn)一定距離內(nèi)的傳感器節(jié)點數(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：負責采集到的信息進行檢測、處理、傳輸?shù)裙δ?，監(jiān)測、預報人為破壞、自然災害等。

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現(xiàn)傳感器節(jié)點之間的無線網(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)與后臺控制中心實現(xiàn)實時交互。

在交互過程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧完成各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的溫度、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，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和遠程監(jiān)控管理之間的交互管理。

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

傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸采用合理的路由協(xié)議機制，實現(xiàn)過程：當網(wǎng)絡(luò)節(jié)點加入網(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)點數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)，則向相鄰ID號加1或減1的節(jié)點請求數(shù)據(jù)傳送，當數(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)送錯誤設(shè)置發(fā)送標志等待下一個周期向相鄰節(jié)點通信模塊再次發(fā)送。如果沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，則設(shè)置定時器初始化偵聽周期，節(jié)點模塊進入體眠狀態(tài)；當定時器溢出后進入偵聽狀態(tài)，連續(xù)3次沒有激活事情，修改定時器偵聽周期；如果在偵聽時間內(nèi)連續(xù)發(fā)生激活事件，則減小定時器偵聽周期。一般狀態(tài)下節(jié)點進行休眠，等待下一個喚醒周期工作。

3 系統(tǒng)功能特點

⑴在線監(jiān)測供電線路的溫度和濕度等重要數(shù)據(jù)，實時了解系統(tǒng)運行狀態(tài)，為供電線路維護人員實時提供準確依據(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)點上傳至監(jiān)控中心，從技術(shù)上解決了人工巡檢與無人機巡檢的各項不足，保障了輸電設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。保障了電力工作者的工作安全，降低了平時的工作強度。

⑶實時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，達到了“機器換人”的目的，實現(xiàn)供電系統(tǒng)可靠性高、成本降低和減少人工的目的。

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