基于ZigBee技術的分布式智能在線監測系統研究

徐曉昂

摘 要近些年，隨著無線信息技術的快速發展，陸續出現的新型技術逐漸改變大眾的生活方式和習慣。從無線網絡角度來說，無線通信技術的使用重點在于提升傳輸數據的數量和距離，在工業控制、汽車、家庭數控網絡、商業監控等領域中。ZigBee技術是針對系統要求傳輸速率、低成本需求產生的，文中從ZigBee技術的關概念及優點入手，基于該技術設計變電站在線監測系統的軟、硬件，設計出實用性強、小型化的監測系統。

【關鍵詞】ZigBee技術 在線監測系統 變電站

無線器網絡知識通過大量傳感器節點相互協調，節點采用隨機或特定的方法設計在目標環境內，獲得周圍環境下的信息并完成相應的任務。

1 簡述ZigBee技術及其優點

ZigBee是目前新興的短距離、低速率無線網絡技術，主要用來實現近距離無線連接。該技術采用無線電標準，在數千個傳感器合理協調實現通信。上述傳感器只需少量的能力，由無線電波把信息由傳感器傳送到另一個傳感器，產生較高的通信效率。ZigBee技術具有成本低、網絡容量大、可靠性高、低能耗等優點，廣泛應用在工業、農業、軍事偵察、家庭自動化等領域。ZigBee技術傳輸速率低，協議相對簡單，能在一定程度上降低運行成本。其網絡容量較大，每個ZigBee網絡最多能支持255個設備，換言之每個ZigBee設備能與254臺設備相互連接。ZigBee技術主要用于短距離且數據傳輸速率不高的各類電子設備中。

2 基于ZigBee技術設計變電站在線監測系統

2.1 系統總體框架

ZigBee技術非常適用于投資少、網絡安全要求高、數據吞吐量小的場合，能廣泛應用于工業和家庭智能化、醫用設備等領域。變電站無線通信網絡建成后，在信號覆蓋區域任意角落均可連接無線網絡，說明ZigBee技術具有較強的可擴展性和靈活性。在變電站在線監測系統中，實時性是其另一項重要字表。ZigBee無線通信網絡增設的節點網絡參與時間為30ms，節點由休眠至進入狀態典型時延為15ms，滿足系統實時性要求。變電站在線監測系統主要包括硬件和軟件兩個部分，硬件由處理器、ZigBee傳輸模塊、圖像及溫濕度采集等模塊組成。其中，ZigBee模塊主要用來將溫濕度信息。變電站場景等信息上傳至控制中心。

2.2 合理設計硬件各模塊

2.2.1 挑選恰當的處理器

該設計系統要求CPU必須具備高速的數字信號處理能力，必須對接收的溫濕度信息、圖像信息等進行數據處理，完成變電站在線監測的效果。本次設計采用TMS320VC5509數字信號處理芯片為中心處理器，該芯片是一種性價比高的DSP芯片，其采用1.6V核心電壓及3.3V外圍接口電壓，最低能支持0.9V核心電壓運行。

2.2.2 設計圖像采集模塊

圖像采集模塊主要負責實施收集變電站場景信息，該系統使用OV7670型號的圖像傳感器，其是一種體積小、成本低、功耗低的嵌入式單片圖像傳感器，工作電控控制在2.45～3.0V。

2.2.3 設計溫濕度采集模塊

因本次研究的重點不是傳感器，因此，本系統只采用一個溫濕度傳感器采集該變電站溫濕度數據，隨之借助無線收發模塊傳送至主節點上。傳統的溫濕度傳感器通常需要涉及信號調理電路并由復雜的校準和標定過程中，因此，無法保障測量的準確度。文中采用某公司推出的新型溫濕度傳感器，該傳感器把CMOS芯片技術和傳感器技術合理結合，有效發揮兩者的互補優勢。該溫濕度采集模塊主要負責及時采集溫濕度信息，本系統挑選瑞士公司生產的SHT11型號溫濕度傳感器，該傳感器工作電壓控制在2.4～5.5V，其測量精度高、穩定性更強。

2.2.4 設計ZigBee模塊

該模塊主要功能是將溫度信息、變電站場景等信息傳遞至上位機管理系統內。本系統使用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，該模塊設計可編程內存、高性能RF收發器、低功耗的8051內核。

2.2.5 設計RS232串口電路

設計合理的RS232串口能實現芯片與ZigBee模塊實現實時通信。本系統使用某公司生產的MAX3232轉換芯片，該芯片是一種標準的收發系統，工作電壓控制為3.0～5.5V。

2.3 設計系統軟件

變電站在線監測系統軟件主要由微處理器程序、射頻收發模塊、初始化程序等部分組成，初始化程序主要用來對轉換器、射頻芯片等設備實施初始化操作。發射程序把創建的數據包借助單片機接口傳送至收發模塊并及時輸出。接收程序準確接收數據后，并給予針對性處理。如果系統準備就緒，創建并成功實施網絡連接后，ZigBee網絡開始傳送溫濕度等模塊收集的數據信息。信息傳送完成后，上位機管理系統實施對數據展開分析和處理，從而達到實時檢測變電站信息的目的。在線監測系統工作流程如圖1。

3 結束語

總之，文中根據變電站在線監測系統的具體需求，分析傳統有線連接網絡的不足之處，闡述ZigBee技術的主要優點，針提出采用無線網絡代替傳統網絡在線監測系統的設計方案，并將該設計廣泛應用于電力系統中。

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作者單位

江蘇省產品質量監督檢驗研究院 江蘇省南京市 210007