基于RuBee技術的電力設備環境監測系統

謝 巖，張國歌，高玉梅

(國網雞西供電公司信息通信分公司，黑龍江 雞西 158100)

目前，RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作為一種應用于物品識別的新型電子標識技術，具有雙向、非接觸、可以定制、點對點傳輸的特點，可以很好地應用在可視化網絡、傳感器、收發器和便攜式設備中。與以往的RFID相比，RuBee具有信號傳輸距離遠、能夠克服惡劣的復雜環境(水、金屬、大壩等)、高保密性等優點。為了綜合實現理想的電力設備環境監測方式，本文將RuBee技術、GPRS技術與電力設備監測系統相結合，設計了一種低成本、低功耗、高效穩定的溫度、濕度數據采集、傳輸的監測系統，能夠實現對溫度、濕度等信息的實時采集及對當日負責人信息、設備所在的具體位置信息等的分析與處理。

1 系統總體結構

該監測系統硬件部分主要由處理器、RuBee讀寫模塊、GPRS傳輸模塊、溫濕度傳感器模塊等構成。其系統框圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構框圖Fig．1 Overall system structure diagram

RuBee讀寫模塊可以存儲環境信息、負責人信息、位置信息、產品型號信息等和傳輸傳感器所探測的數據;GPRS傳輸模塊傳輸RuBee讀寫模塊所存儲的信息;溫濕度傳感器模塊實時采集溫濕度信息。

2 系統硬件設計

2.1 處理器選型

該監測系統要求CPU具有高速的數字信號處理能力，需要對接收到的GPRS信號進行實時數據處理，實現充電站定位。據此，系統采用TI公司的TMS320VC5509 數字信號處理芯片［1－2］，即低功耗DSP芯片，采用了1.6V的核心電壓以及3.3 V的外圍接口電壓，最低可支持0.9 V的核心電壓以及0.05 mW/MIP的低功耗運行。

2.2 RuBee模塊設計

RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作為一種應用于物品識別的新型電子標識技術［3］，可以應用在可視化網絡、傳感器、收發器和便攜式設備中，具有雙向、非接觸、可以定制、點對點傳輸的特點。本系統工作于小于450 kHz的長波波段，符合標準的設備具有低功耗、有效通信范圍0.5～30 m、工作數據速率300～9600 bit/s等特點。RuBee模塊工作原理如圖2所示。

RuBee標簽內存有環境、位置等基本信息，在進入電磁場后，接收閱讀器發出射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發出存儲在芯片中的基本信息，閱讀器獲取數據并解碼后送至處理器進行數據處理［4］。

2.3 GPRS無線傳輸模塊設計

GPRS模塊主要負責傳輸RuBee讀寫模塊所存儲的環境信息、負責人信息、位置信息、產品型號信息等。本系統選用的是GPRS SIM300模塊，該模塊體積小、便于集成、性價比高，具有三頻帶通信:GSM900/1800/1900 MHz［5］;電 源 電 壓 為 3.3 ～5.5 V，電路通過MC55芯片連接SIM卡與DSP完成無線傳輸［6］，GPRS無線傳輸模塊可通過RS232串口與DSP芯片相互通信。

2.4 JTAG仿真接口設計

JTAG是一種國際標準測試協議(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片內部測試及對系統進行仿真。JTAG技術是一種嵌入式調試技術，它在芯片內部封裝了專門的測試電路TAP，通過專用的JTAG測試工具對內部節點進行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯在一起，形成一個JTAG鏈，能實現對各個器件分別測試［7］，該模塊與DSP的接線圖如圖3所示。

2.5 電源電路設計

TMS320VC5509是低功耗的DSP芯片，通常情況下，它的內核電壓1.6 V，管腳電壓3.3 V。本系統選擇了電壓調節器TPS73HD301作為DSP的電源芯片，該電源芯片有兩路電壓調節器(輸入電壓為5 V)，一路調節器輸出電壓為3.3 V，另一路調節器輸出電壓為1.6 V［8］，電源接線如圖4所示。

圖2 RuBee模塊工作原理Fig．2 RuBee module work principle

圖3 TMS320VC5509與JTAG模塊的接線圖Fig．3 Wiring diagram of TMS320VC5509 and JTAG module

3 系統軟件設計

電力設備環境監測系統程序流程如圖5所示。

若系統準備就緒，開始建立網絡連接，連接成功后，GPRS網絡開始傳輸溫度、濕度等采集模塊所采集的實時數據，傳輸完畢后，上位機管理系統對實時數據進行分析與處理，從而實現實時對電力設備環境在線監測。

4 結論

1)基于RuBee技術設計的電力設備環境監測系統，以 TMS320VC5509處理器為核心，設計了RuBee讀寫模塊、GPRS傳輸模塊、溫度與濕度傳感器模塊等，實現了對溫度與濕度等信息的實時采集及對當日負責人信息、設備所在的具體位置信息等的分析與處理。

2)監測系統能夠克服在高壓、高溫、潮濕等環境下對電力設備的實時監測，為用戶提供一種低成本、高性能的電力設備環境監測方式，既便利，又安全可行。同時對其它相關領域的監測也具有重要的參考價值。

圖4 電源接線圖Fig．4 Power supply wiring diagram

圖5 電力設備環境監測系統程序流程圖Fig．5 Program flow chart of power equipment environment monitoring system

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