韋軍+方亞坤+楊振+江健

摘 要：本研究主要是將電力分析儀及數(shù)字電表測(cè)量到的數(shù)據(jù)經(jīng)由Zigbee無(wú)線傳輸至PC機(jī)，并利用Zigbee連接板將各個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)測(cè)量到的參數(shù)一并傳輸至LabVIEW圖控軟件來(lái)顯示數(shù)值結(jié)果，透過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)記錄與分析的目的。

關(guān)鍵詞：電力參數(shù)測(cè)量；ZigBee；LabVIEW

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.178

1 緒論

目前的電力參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量方式大多還是以電表連接線路為主，但是如果測(cè)量目標(biāo)的距離不方便以線路連接時(shí)，則使用受到限制，例如：要在室外測(cè)量溫度、濕度、照度等參數(shù)時(shí)，都需要透過(guò) RS-485 布線才可獲取到希望測(cè)量的數(shù)值。如今測(cè)量?jī)x器均可搭配 RS-232 傳輸線連接至計(jì)算機(jī)，但在有線的情形下無(wú)法將測(cè)量距離拉遠(yuǎn)?，F(xiàn)在則可透過(guò) ZigBee-CC2430 來(lái)傳送所需的參數(shù)，而且遠(yuǎn)程測(cè)量亦可有效的提升效率與安全性。此系統(tǒng)能由ZigBee無(wú)線傳輸特性來(lái)有效提升感測(cè)距離，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地都可測(cè)量且攜帶方便的設(shè)備。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

本研究硬設(shè)備主要是PC機(jī)、電力分析儀 TES-3600、無(wú)線傳輸模塊 ZigBee-CC2530、Xbee連接板、數(shù)字電表 Protek608。程序軟件則使用LabVIEW圖控軟件與 IAR 軟件。LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器（National Instrument）于 1986 年發(fā)展出的圖控語(yǔ)言（Graphic Language），使用圖像對(duì)象函數(shù)的方式編輯程序，取代傳統(tǒng)用文字編輯的方式，讓使用者能簡(jiǎn)單上手并了解程序結(jié)構(gòu)。而系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就像是虛擬儀表一樣，使用計(jì)算機(jī)對(duì)遠(yuǎn)程的控制對(duì)象下達(dá)命令。而LabVIEW主要功能為訊號(hào)之測(cè)量、分析、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和數(shù)據(jù)獲取等，其應(yīng)用程序架構(gòu)分為兩部份，分別為前置面板（Front Panel）窗口與程序方塊（Block Diagram）窗口。前置面板窗口是屬于用戶的人機(jī)接口，也就是用戶使用計(jì)算機(jī)的窗口，可以執(zhí)行數(shù)據(jù)和命令的輸入、顯示相關(guān)運(yùn)算、監(jiān)控及獲取結(jié)果等。面板窗口上有兩種重要的對(duì)象，一是輸入，稱為控制對(duì)象（ Control ），另一個(gè)輸出，稱之為顯示對(duì)象（Indicators）。通過(guò)不同的控制與顯示對(duì)象，以設(shè)計(jì)出一個(gè)虛擬儀表出來(lái)。至于設(shè)計(jì)前置面板之相關(guān)應(yīng)用程序，就稱為程序方塊窗口。依前置面板所設(shè)計(jì)的虛擬儀表面板，進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的程序撰寫(xiě)。其中可能包含常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)組、常數(shù)、變量或更復(fù)雜的方程式等。IAR Systems 公司的產(chǎn)品 IAR Embedded Workbench 是一套整合開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用于 C 語(yǔ)言或C++編寫(xiě)的嵌入式應(yīng)用程序進(jìn)行編譯和除錯(cuò)。開(kāi)發(fā)環(huán)境包含 IAR 的 C/C++編譯程序、匯編器、鏈結(jié)器、檔案管理器、文件管理器、工程管理器及 C-SPY 除錯(cuò)器。兼容于 ARM、Samsung、Texas Instruments 等廠商的芯片。而本研究使用Texas Instruments的CC2530芯片為ZigBee架構(gòu)，因此使用 for MCS-51 版本來(lái)開(kāi)發(fā)。

本系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。在 PC 上利用LabVIEW軟件下指令，以Xbee芯片無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑高^(guò)RS-232 接口轉(zhuǎn)換后給電力分析儀，使電力分析儀將測(cè)量到的數(shù)據(jù)透過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞交貍鞯?PC 上的LabVIEW人機(jī)接口監(jiān)控?cái)?shù)值；也可在人機(jī)接口上利用無(wú)線傳輸接收數(shù)字電表回傳的數(shù)據(jù)。各個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)則經(jīng)由 Zigbee-CC2530 連接板傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn)收集參數(shù)，通過(guò)無(wú)線傳輸傳回到LabVIEW軟件進(jìn)行監(jiān)控。

3 討論

本研究以理論與實(shí)務(wù)相互配合，利用LabVIEW人機(jī)接口下達(dá)指令分別把電力分析儀和數(shù)字電表測(cè)量到的參數(shù)藉由Xbee芯片回傳封包數(shù)據(jù)到 PC 上，再整合各個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)偵測(cè)數(shù)據(jù)一起顯示在LabVIEW接口上，并可利用 PC 進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，以達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)紀(jì)錄分析。由于本系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，已經(jīng)改善傳統(tǒng)利用接線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)上的機(jī)動(dòng)性及測(cè)量距離；傳統(tǒng)以接線方式來(lái)回傳測(cè)量數(shù)據(jù)雖然穩(wěn)定，卻因?yàn)閭鬏斁€距離上的限制，導(dǎo)致測(cè)量范圍難以擴(kuò)大；本系統(tǒng)之所以采用ZigBee無(wú)線傳輸，除了降低有線傳輸?shù)木嚯x限制外，ZigBee的傳輸穩(wěn)定性也和有線傳輸不相上下，在此無(wú)線傳輸更符合近年來(lái)的趨勢(shì)。

然而此系統(tǒng)更可以應(yīng)用在放置高精密設(shè)備儀器的場(chǎng)合，若在此類的實(shí)驗(yàn)室中會(huì)需要控管內(nèi)部的溫度、濕度及照度，除了隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)部環(huán)境之外，電力分析儀和數(shù)字電表即可做為測(cè)量設(shè)備之用途。

4 結(jié)論

本研究成果如下：（1）利用LabVIEW下達(dá)指令給電力分析儀進(jìn)行電力參數(shù)測(cè)量，并將結(jié)果回傳。（2）利用LabVIEW下達(dá)指令至數(shù)字電表，進(jìn)行測(cè)量后將數(shù)據(jù)藉由無(wú)線傳輸芯片回傳到PC。（3）將溫濕度傳感器、光敏電阻、三軸加速度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)透過(guò) ZigBee-CC2530 感測(cè)板無(wú)線傳輸回傳至 PC。（4）整合各個(gè)傳感器、電力分析儀和數(shù)字電表測(cè)量到的數(shù)據(jù)，一并顯示在LabVIEW接口。（5）改善傳統(tǒng)以連接線連接計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生測(cè)量距離受限之問(wèn)題。（6）采用無(wú)線傳輸后，使得本系統(tǒng)可以隨身攜帶，更具機(jī)動(dòng)性。

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