基于Zigbee的智能電力測控系統的研制

胡桂玉　李亞娟　曾舒帆　楊春鳳

摘 要：為了解決用電單位實時監控電能消耗過程，研制了智能電力測控系統，能準確測量并及時掌握各環節電能消耗的真實數據。本文介紹了智能電力測控系統的組成，著重介紹了三相電參數智能測量模塊的工作原理，重點敘述了無線數據傳輸，實現監控大樓中各房間或實驗室的電能消耗過程。

關鍵詞：Zigbee；電參數；傳輸

中圖分類號：TP202 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0187-02

能源和環境是人類生存、社會發展的物質基礎。近年來，推進節能減排、發展低碳經濟在我國得到前所未有的重視。電力作為工農業生產、百姓日常生活中廣泛使用的一種能源，對其使用過程提出了更高的監測要求，同時也為電量檢測技術的發展帶來了絕好機遇。

對用電單位而言，要實時監控電能消耗過程，準確測量并及時掌握各環節電能消耗的真實數據，用實時的電參數監控數據和統計分析結果指導用電過程、調整用電結構等，最終實現節能增效。

與此同時，工農業生產、公共機構、大型建筑、服務設施的節電改造，各行業用電結構、用電方式的優化調整，需要大量的多功能電參數測量模塊，支撐建設智能化的電力測控系統，實時監測用電狀況，提升配電用電效率。

1 系統組成

為解決了上述問題，所研制的智能電力測控系統，其既要滿足準確測量并及時掌握各環節電能消耗真實數據的要求，又能為推進節能減排、發展低碳經濟提供技術支撐。

該智能電力測控系統由上位機、主無線數據傳輸設備和安裝于監測區域內的至少一個三相電參數智能測量模塊、至少一個從無線數據傳輸設備所及應用軟件組成，如圖1。

三相電參數智能測量模塊與從無線數據傳輸設備通過RS485轉RS232轉接口連接，上位機通過USB轉RS232轉接口與主無線數據傳輸設備連接，主、從無線數據傳輸設備之間通過Zigbee無線網絡連接。

2 系統硬件結構

三相電參數智能測量模塊的工作原理圖如圖2所示。

電壓信號Ua、Ub、Uc經過電阻分壓，電流信號Ia、Ib、Ic經電流互感器后分別進入ADE7878計量芯片，通過計量芯片得到有功、無功、電壓、電流等原始數據，微處理器對數據再進行處理。

三相電參數智能測量模塊的測量核心芯片采用ADI公司的三相高精度多功能電能計量芯片ADE7878。ADE7878集成了內置二階Σ-Δ型ADC、數字積分器、參考電源等；可測量總（基波和諧波）有功、無功和視在功率，基波有功和無功功率，以及相電流有效值，相/線電壓有效值，在1000：1的動態范圍內有功和無功功率測量誤差小于0.1%。

電流回路由電流互感器進行信號采樣，電壓回路通過分壓電阻網絡實現電壓采樣。計量芯片ADE7878內部對采樣信號進行處理，計算出瞬時有功、無功功率，瞬時功率通過低通濾波LPF后分離出平均功率。平均功率在能量累加器中不斷累加，分相電量可以通過SPI端口讀出，也可以轉換為計量脈沖輸出。ADE7878有三路脈沖輸出，脈沖輸出頻率與能量寄存器中累加的能量成正比，通過對脈沖計數實現電量參數的累加。

3 數據傳輸及管理軟件的實現

“數據傳輸系統及數據管理軟件”包含無線數據傳輸系統與數據管理軟件兩部分。

無線數據傳輸系統采用ZigBee組網完成中心節點與終端節點的連接，通過多個終端節點與多個測量設備的連接，就可將多個測量設備的測量數據通過此無線網絡傳輸到與中心節點連接的上位機上。再通過上位機上的數據管理軟件能夠實現對采集到的多點電參數進行集中管理。因此，“數據傳輸系統及數據管理軟件”實現了對多點電參數的采集與集中管理。

以ZigBee無線數據傳輸模塊自動組網實現中心節點與多個終端節點之間的通信。無線數據傳輸系統通過多臺ZigBee以網狀型拓撲方式組網實現無線數據傳輸。終端節點通過RS232接口與三相電參數測量模塊連接，采集的測量數據發送到中心節點，中心節點通過RS232接口與上位機相連，上位機通過數據管理軟件軟件對數據進行分析、處理必并顯示、存儲測量數據。

4 系統應用

采用ZigBee自動組網方式，實現多個終端節點和一個中心節點間的通信；對大樓中不同分布的至少2個測量點的測量數據至直線不低于100米范圍的上位機的無線傳輸能力。

能夠實時獲得三相電參數測量模塊當前的測量數值；當中心節點需要某個被測設備的參數時，給相應設備的終端節點發送請求命令。

實現了對各測量設備的測量數據實時顯示。

具有完備的數據庫能夠實現數據的定時存儲。

能夠靈活設置數據采集時間間隔（按照所設定的時間間隔自動存儲各客戶端測量點的測量數據）。

能夠將數據按Excel格式輸出，以便于進行分析、統計。

5 結語

應用三相參數智能測量/無線傳輸模塊和上位機，實時監控大樓中各房間或實驗室的電能消耗過程，準確測量并及時掌握各環節電能消耗的真實數據，用實時的電參數監控數據和統計分析結果指導大樓中各房間或實驗室的用電過程、調整用電結構，為推進節能減排、發展低碳經濟提供技術支撐。

參考文獻

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