崔鳳新

摘要：現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多采用有線方式傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使得在特殊環(huán)境條件下布線困難，不易維護(hù)，由此提出采用ZigBee無(wú)線通信技術(shù)，以低功耗MSP430系列單片機(jī)為控制核心，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電壓、電流、溫度等參數(shù)在線采集，主控實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控和集中管理，并把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸回控制中心，從而控制中心可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到各個(gè)用電設(shè)備的電氣參量系統(tǒng)具有布點(diǎn)靈活、安裝方便等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：多參量；ZigBee；CC2530；無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）09-0174-02

1 引言

現(xiàn)有的電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多采用有線方式傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使得在特殊環(huán)境條件下布線困難，不易維護(hù)。ZigBee技術(shù)的出現(xiàn)，使得對(duì)于電網(wǎng)諧波和重要設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)成為可行，文獻(xiàn)[1]至[4]都介紹了基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)在相關(guān)領(lǐng)域的成功應(yīng)用，具有低功耗、高可靠性、低成本且不受網(wǎng)絡(luò)寬帶影響等優(yōu)點(diǎn)。

本文主要通過(guò)CC2530芯片組建基于ZigBee技術(shù)一套對(duì)電力系統(tǒng)電壓、電流以及溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)。

2 無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

多參量無(wú)線監(jiān)測(cè)電路MCU選擇MSP430F5418，該處理器擁有強(qiáng)大的內(nèi)部資源，優(yōu)異的性能，低廉的價(jià)格，高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境，贏得了廣泛的市場(chǎng)，成為單片機(jī)領(lǐng)域的一顆常青樹。該單片機(jī)具有3個(gè)16位計(jì)數(shù)器通道、8路12位共享式AD轉(zhuǎn)換器和2路UART通道，能夠滿足電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的電壓、電流采集，以及LCD顯示、三個(gè)紅外按扭、485、ZigBee等等與處理器之間的端口占用。

主控制電路如圖1所示，包括處理模塊、存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、鍵盤設(shè)置模塊，其中數(shù)據(jù)采集模塊則負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器的電壓、電流和溫度等信息，供給MCU處理；MCU模塊處理數(shù)據(jù)模塊，并將配置的數(shù)據(jù)參數(shù)存入到存儲(chǔ)模塊中，鍵盤設(shè)置模塊響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的按鍵信號(hào)，LCD模塊則顯示不同的按鍵的內(nèi)容和傳感器采樣信號(hào)，供現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控；無(wú)線Zigbee模塊構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)配置控制命令，同時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

為了降低系統(tǒng)功耗，讓終端節(jié)點(diǎn)定時(shí)檢測(cè)電壓、電流和溫度信息，發(fā)送數(shù)據(jù)。軟件運(yùn)行過(guò)程中，只保留CPU內(nèi)部定時(shí)器和中斷終端節(jié)點(diǎn)，大部分時(shí)間被設(shè)定為休眠狀態(tài)。

2.1 多參量數(shù)據(jù)采集模塊

多參量數(shù)據(jù)采集模塊主要采集電壓電流、溫度和入侵?jǐn)?shù)據(jù)；其中，入侵、浸水為開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)共模線圈的濾波后進(jìn)入MCU的IO端口，MCU通過(guò)掃描端口獲得端口狀態(tài)；溫度經(jīng)隔離和差模放大電路進(jìn)行信號(hào)放大調(diào)理，然后進(jìn)入AD采樣芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行溫度和壓力的計(jì)算。

互感器經(jīng)過(guò)隔離電路獲取電流、電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)共模線圈的濾波后進(jìn)入差模放大電路進(jìn)行信號(hào)放大調(diào)理，然后進(jìn)入AD采樣芯片模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行電流和電壓的計(jì)算，具體電路參照?qǐng)D2。

2.2 ZigBee無(wú)線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為減少CC2530射頻芯片的外圍電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用鼎泰克公司（DTK）生產(chǎn)的DRF1607HCC2530ZigBee封裝芯片。

CC2530提供了基于TTL電平的UART通訊方式，電路中，從CPU引出RXD2、TXD2兩根引線與CC2530的TX、RX連接。CC2530與MSP430F5418處理器連線電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

ZigBee節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的思想，在TI公司提供的ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的Z-Stack協(xié)議棧[5]用C設(shè)計(jì)，圖4為系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)主程序流程圖。ZigBee協(xié)議有3種網(wǎng)絡(luò)配置方式：星型、簇樹型和Mesh網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)采用Mesh網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榕c另兩種網(wǎng)絡(luò)相比，Mesh網(wǎng)絡(luò)能夠減少消息時(shí)延，增強(qiáng)通信的可靠性。

上位機(jī)軟件采用C#編寫，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和處理并顯示，實(shí)時(shí)顯示，提供系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息。

4 硬件及測(cè)試結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)將多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)依次接入ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試在無(wú)障礙物的情況下進(jìn)行，選擇透?jìng)髂Ｊ?，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離在100m左右，能夠較準(zhǔn)確地完成對(duì)系統(tǒng)電壓、電流以及溫度的測(cè)量，可靠性較高。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基于ZigBee電力多參量無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方案，系統(tǒng)以MSP430F5418為核心控制器，利用多參量數(shù)據(jù)采集模塊采集網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、ZigBee無(wú)線傳輸模塊構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，運(yùn)行成本較低，且運(yùn)行可靠，在控制中心即可實(shí)時(shí)了解到各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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