基于ZigBee技术的分布式智能在线监测系统研究

徐晓昂

摘 要近些年，随着无线信息技术的快速发展，陆续出现的新型技术逐渐改变大众的生活方式和习惯。从无线网络角度来说，无线通信技术的使用重点在于提升传输数据的数量和距离，在工业控制、汽车、家庭数控网络、商业监控等领域中。ZigBee技术是针对系统要求传输速率、低成本需求产生的，文中从ZigBee技术的关概念及优点入手，基于该技术设计变电站在线监测系统的软、硬件，设计出实用性强、小型化的监测系统。

【关键词】ZigBee技术 在线监测系统 变电站

无线器网络知识通过大量传感器节点相互协调，节点采用随机或特定的方法设计在目标环境内，获得周围环境下的信息并完成相应的任务。

1 简述ZigBee技术及其优点

ZigBee是目前新兴的短距离、低速率无线网络技术，主要用来实现近距离无线连接。该技术采用无线电标准，在数千个传感器合理协调实现通信。上述传感器只需少量的能力，由无线电波把信息由传感器传送到另一个传感器，产生较高的通信效率。ZigBee技术具有成本低、网络容量大、可靠性高、低能耗等优点，广泛应用在工业、农业、军事侦察、家庭自动化等领域。ZigBee技术传输速率低，协议相对简单，能在一定程度上降低运行成本。其网络容量较大，每个ZigBee网络最多能支持255个设备，换言之每个ZigBee设备能与254台设备相互连接。ZigBee技术主要用于短距离且数据传输速率不高的各类电子设备中。

2 基于ZigBee技术设计变电站在线监测系统

2.1 系统总体框架

ZigBee技术非常适用于投资少、网络安全要求高、数据吞吐量小的场合，能广泛应用于工业和家庭智能化、医用设备等领域。变电站无线通信网络建成后，在信号覆盖区域任意角落均可连接无线网络，说明ZigBee技术具有较强的可扩展性和灵活性。在变电站在线监测系统中，实时性是其另一项重要字表。ZigBee无线通信网络增设的节点网络参与时间为30ms，节点由休眠至进入状态典型时延为15ms，满足系统实时性要求。变电站在线监测系统主要包括硬件和软件两个部分，硬件由处理器、ZigBee传输模块、图像及温湿度采集等模块组成。其中，ZigBee模块主要用来将温湿度信息。变电站场景等信息上传至控制中心。

2.2 合理设计硬件各模块

2.2.1 挑选恰当的处理器

该设计系统要求CPU必须具备高速的数字信号处理能力，必须对接收的温湿度信息、图像信息等进行数据处理，完成变电站在线监测的效果。本次设计采用TMS320VC5509数字信号处理芯片为中心处理器，该芯片是一种性价比高的DSP芯片，其采用1.6V核心电压及3.3V外围接口电压，最低能支持0.9V核心电压运行。

2.2.2 设计图像采集模块

图像采集模块主要负责实施收集变电站场景信息，该系统使用OV7670型号的图像传感器，其是一种体积小、成本低、功耗低的嵌入式单片图像传感器，工作电控控制在2.45～3.0V。

2.2.3 设计温湿度采集模块

因本次研究的重点不是传感器，因此，本系统只采用一个温湿度传感器采集该变电站温湿度数据，随之借助无线收发模块传送至主节点上。传统的温湿度传感器通常需要涉及信号调理电路并由复杂的校准和标定过程中，因此，无法保障测量的准确度。文中采用某公司推出的新型温湿度传感器，该传感器把CMOS芯片技术和传感器技术合理结合，有效发挥两者的互补优势。该温湿度采集模块主要负责及时采集温湿度信息，本系统挑选瑞士公司生产的SHT11型号温湿度传感器，该传感器工作电压控制在2.4～5.5V，其测量精度高、稳定性更强。

2.2.4 设计ZigBee模块

该模块主要功能是将温度信息、变电站场景等信息传递至上位机管理系统内。本系统使用CC2530芯片作为ZigBee模块的核心，该模块设计可编程内存、高性能RF收发器、低功耗的8051内核。

2.2.5 设计RS232串口电路

设计合理的RS232串口能实现芯片与ZigBee模块实现实时通信。本系统使用某公司生产的MAX3232转换芯片，该芯片是一种标准的收发系统，工作电压控制为3.0～5.5V。

2.3 设计系统软件

变电站在线监测系统软件主要由微处理器程序、射频收发模块、初始化程序等部分组成，初始化程序主要用来对转换器、射频芯片等设备实施初始化操作。发射程序把创建的数据包借助单片机接口传送至收发模块并及时输出。接收程序准确接收数据后，并给予针对性处理。如果系统准备就绪，创建并成功实施网络连接后，ZigBee网络开始传送温湿度等模块收集的数据信息。信息传送完成后，上位机管理系统实施对数据展开分析和处理，从而达到实时检测变电站信息的目的。在线监测系统工作流程如图1。

3 结束语

总之，文中根据变电站在线监测系统的具体需求，分析传统有线连接网络的不足之处，阐述ZigBee技术的主要优点，针提出采用无线网络代替传统网络在线监测系统的设计方案，并将该设计广泛应用于电力系统中。

参考文献

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作者单位

江苏省产品质量监督检验研究院 江苏省南京市 210007