摘 要：結(jié)合電力電纜接頭易發(fā)熱而引發(fā)的故障問(wèn)題，構(gòu)建了一套基于Zigbee無(wú)線通信技術(shù)的電纜頭溫度檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜頭無(wú)線測(cè)溫與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，借助于Zigbee無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各處溫度加以收集，并傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺(tái)，一旦電纜頭溫度異常，將會(huì)提前加以預(yù)警，避免故障擴(kuò)大，提升了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：Zigbee；電纜頭；溫度檢測(cè)系統(tǒng)

就供電系統(tǒng)而言，電力電纜供電的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，與此同時(shí)，故障檢修率也呈逐年上升的趨勢(shì)。依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，電力電纜頭所引發(fā)的事故約占電纜事故的60%以上。在電力電纜輸電電網(wǎng)之中，平均每300m處就有一處電纜頭，因此，構(gòu)建電纜頭溫度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于及時(shí)掌握電纜頭故障情況，避免火災(zāi)事故發(fā)生和擴(kuò)大具有十分重要的意義。

1 Zigbee無(wú)線通信技術(shù)概述

作為一種短距離、復(fù)雜度低、成本低、功耗低、數(shù)據(jù)速率低的雙向無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，Zigbee是一組以IEEE802.15.4無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)所研發(fā)的組網(wǎng)、安全、應(yīng)用軟件等相關(guān)通信技術(shù)。該技術(shù)提供星形網(wǎng)、對(duì)等網(wǎng)、混合網(wǎng)等三大類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且各網(wǎng)絡(luò)均有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。作為一種以主器件為網(wǎng)絡(luò)中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，星形網(wǎng)提供全網(wǎng)協(xié)調(diào)工作，其他主器件、從器件均分布在覆蓋范圍之內(nèi)。對(duì)于此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而言，實(shí)現(xiàn)控制、同步均十分輕松，多用于設(shè)備量不多的場(chǎng)合。就對(duì)等網(wǎng)而言，其主要包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、簇樹形兩大類，主要由主器件相連而成，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可靠性更高。星形網(wǎng)、對(duì)等網(wǎng)二者可組合，形成混合網(wǎng)，不同子網(wǎng)內(nèi)部采用星形實(shí)現(xiàn)連接，主器件則采用對(duì)等方式實(shí)現(xiàn)連接。混合網(wǎng)多用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較為復(fù)雜的情況下，通常在應(yīng)用環(huán)境中具有更強(qiáng)的實(shí)用性。

就Zigbee網(wǎng)絡(luò)而言，其具有全功能、精簡(jiǎn)功能設(shè)備——FFD、RFD。對(duì)于FFD而言，其提供各種標(biāo)準(zhǔn)定義下的各種功能、特性，而對(duì)于RFD而言，其不僅功能簡(jiǎn)潔，而且對(duì)于存儲(chǔ)器容量的要求很少。FFD可實(shí)現(xiàn)與FFD、RFD的通信，但是，RFD只能與FFD通信，RFD間的通信只能借助于FFD加以轉(zhuǎn)發(fā)，而FFD除了能夠發(fā)送數(shù)據(jù)，還可接收數(shù)據(jù)，具有類似于路由器的功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，其主要由監(jiān)測(cè)區(qū)域中所遍布的龐大微型傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成，借助于Zigbee無(wú)線通信方式，形成了自組織、多跳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)被檢測(cè)對(duì)象信息加以采集、分析、處理，并將其發(fā)送至協(xié)調(diào)器上。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括傳感器、被監(jiān)測(cè)電纜頭、協(xié)調(diào)器三部分。在每條輸電線路上存在多個(gè)電纜頭，因此，一公里內(nèi)需要設(shè)置5個(gè)節(jié)點(diǎn)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用的是分布式測(cè)量系統(tǒng)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)則由無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控主站三大部分構(gòu)成。其中，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)散布在所需監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，主要負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的采集、處理，并借助于無(wú)線信號(hào)進(jìn)行傳送；采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，并將其打包利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控主站；對(duì)于監(jiān)控主站而言，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的解包、分析、儲(chǔ)存，再利用PC軟件，就各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)加以查閱、調(diào)閱、打印，對(duì)于超出警戒線的節(jié)點(diǎn)，能夠及時(shí)報(bào)警。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括傳感終端節(jié)點(diǎn)、采集終端、能量供應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)三大部分。

3.1 傳感終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中，傳感終端節(jié)點(diǎn)主要利用鋰電池進(jìn)行供電，主要安裝于強(qiáng)電磁干擾條件下，由于其可靠性高、體積較小、功耗較低，因而屬于硬件設(shè)計(jì)的核心，所采用芯片必須具有較高的集成度，較低的功耗，較小的體積，主要包括溫度采集、單片機(jī)、供電模塊三大部分。

在選擇溫度傳感器時(shí)，本文所采用的是智能單線數(shù)字化溫度傳感器——ESM6000-ZS，測(cè)溫范圍在-55-125度，雖然只有三根引腳，但是具有較小的體積、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)與較強(qiáng)的抗干擾力。借助于單總線技術(shù)極大地節(jié)約了接口資源，只需要一根口線就實(shí)現(xiàn)了信息讀寫，便于進(jìn)行編程，不需要采用額外A/D轉(zhuǎn)換芯片。在選擇單片機(jī)模塊時(shí)，本文采用的是CC2530單片機(jī)，其不僅具有較寬的電壓范圍，而且具有四種工作方式，功耗低、電池壽命長(zhǎng)、便于野外使用。

3.2 采集終端的設(shè)計(jì)

對(duì)于采集終端而言，其主要負(fù)責(zé)對(duì)各測(cè)量節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)加以采集、分析、處理，再統(tǒng)一進(jìn)行打包，借助于GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控主站。對(duì)于采集終端而言，要求必須具有較高的性能與存儲(chǔ)空間，以及豐富的接口。由于其需長(zhǎng)時(shí)間處在運(yùn)行狀態(tài)，因而借助于高壓線路感應(yīng)取電、鋰電池相結(jié)合的供電方式，保障系統(tǒng)供電過(guò)程的穩(wěn)定性、連續(xù)性。就微控制器而言，主要采用的是STC12C5A60S2單片機(jī)，而GPRS模塊所采用的是TC35i模塊，CC2530與GPRS模塊之間利用UART實(shí)現(xiàn)連接。

3.3 能量供應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)

該部分主要采用的是電磁感應(yīng)供能發(fā)方法，包括取能線圈、濾波、沖擊保護(hù)、超級(jí)電容等部分構(gòu)成，沖擊保護(hù)利用1個(gè)TVS，利用橋式整流，Π型LC濾波，超級(jí)電容1進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存，電容2提供負(fù)載供電。若濾波后電壓超出設(shè)置電壓范圍值時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路負(fù)責(zé)將多余電壓送至鋰電池中加以充電，若互感器輸出功率不足，則鋰電池負(fù)責(zé)供電。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集周期，就檢測(cè)電纜頭進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)終端設(shè)備所采集數(shù)據(jù)的分析、處理、顯示、存儲(chǔ)。

對(duì)于采集終端、傳感器節(jié)點(diǎn)而言，其軟件主要在SUPER2000下，基于IEC104協(xié)議進(jìn)行開(kāi)發(fā)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮f(xié)議棧，其主要包括硬件抽象層、系統(tǒng)抽象層、ZigBee協(xié)議層組成，各層以任務(wù)事件方式集成。SUPER2000為用戶提供了便于操作的操作系統(tǒng)平臺(tái)，各應(yīng)用均以此為基礎(chǔ)，完成各項(xiàng)任務(wù)。各設(shè)備均有64位MAC地址，為便于應(yīng)用，采用16位短地址進(jìn)行自身標(biāo)識(shí)，用以識(shí)別對(duì)方。就采集終端而言，短地址：0x0000，其由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器加以分配。

該系統(tǒng)的應(yīng)用便于有關(guān)人員及時(shí)掌握電纜頭實(shí)時(shí)溫度，及時(shí)掌握?qǐng)?bào)警信息，找出故障點(diǎn)，便于進(jìn)一步處理，為火災(zāi)預(yù)防提供了有力的依據(jù)。

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