摘  要： 為了有效解決變電站設(shè)備智能識別和實時在線監(jiān)測等問題,，設(shè)計了基于RuBee/ZigBee技術(shù)的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)以TMS320VC5509處理器為核心,，包括RuBee讀寫模塊,、ZigBee無線傳輸模塊、圖像采集模塊、溫濕度采集模塊等,。系統(tǒng)可以將溫濕度信息,、圖像信息、電壓和電流信息等通過ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到上位機管理系統(tǒng),。系統(tǒng)解決了在高壓,、高溫、潮濕等環(huán)境下對變電站設(shè)備的實時在線監(jiān)測問題,，為用戶提供了一種低成本,、高性能的變電站在線監(jiān)測方式,，同時,，對其他相關(guān)領(lǐng)域的在線監(jiān)測也具有重要的參考價值。

　　關(guān)鍵詞： RuBee,；ZigBee,；變電站設(shè)備

0 引言

　　近幾年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外取得了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。2010年6月末在上海召開的國際物聯(lián)網(wǎng)大會指出,，未來物聯(lián)網(wǎng)將成為新興的萬億元級別的全球信息通信產(chǎn)業(yè),。國家電網(wǎng)公司建設(shè)的我國第一座220 kV智能變電站于2011年1月在無錫市惠山區(qū)西涇變電站投入運行，整個系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立全站范圍內(nèi)的傳感測控網(wǎng)絡(luò),，實現(xiàn)了真正意義上的“無人值守和巡檢”[1],。目前ZigBee技術(shù)發(fā)展相對成熟，行業(yè)已經(jīng)制定了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),，例如工業(yè)監(jiān)測控制領(lǐng)域,，利用ZigBee設(shè)備組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動地采集各種信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的分析和處理,。

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)與智能變電站技術(shù)的不斷深入,，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合ZigBee網(wǎng)絡(luò)建立的傳感測控網(wǎng)絡(luò)，使變電站各自獨立的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過統(tǒng)一的通信規(guī)約實現(xiàn)集成應(yīng)用,。通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)能夠克服有線網(wǎng)絡(luò)存在的諸多問題,，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（RuBee技術(shù)）能夠克服在高壓、高溫,、潮濕等環(huán)境下對變電站設(shè)備的實時監(jiān)測,，此系統(tǒng)必將成為一種全新的智能變電站設(shè)計理念。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件部分主要由處理器,、RuBee讀寫模塊,、ZigBee傳輸模塊、溫濕度采集模塊,、圖像采集模塊等構(gòu)成,，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　RuBee讀寫模塊負責(zé)標(biāo)識設(shè)備生產(chǎn)廠家、廠家聯(lián)系電話,、負責(zé)人等相關(guān)信息,；溫濕度采集模塊負責(zé)采集實時溫濕度信息；圖像采集模塊負責(zé)實時采集變電站場景信息,；模擬量采集模塊負責(zé)采集電壓,、電流信息；ZigBee網(wǎng)絡(luò)負責(zé)把溫濕度信息,、變電站場景信息等傳送到上位機管理系統(tǒng)（控制中心）,，其系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　2.1處理器選型

　　系統(tǒng)要求CPU應(yīng)該具有高速的數(shù)字信號處理能力,，需要對接收到的大量溫濕度信息,、圖像信息等進行實時數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)變電站在線監(jiān)測,。據(jù)此,，系統(tǒng)采用TI公司的TMS320VC5509數(shù)字信號處理芯片[2-3]。該芯片是一款具有較高性價比的低功耗DSP芯片,，采用了1.6 V核心電壓以及3.3 V外圍接口電壓,，最低可支持0.9 V的核心電壓以0.05 mW/MIP的低功耗運行。

　　2.2 RuBee模塊設(shè)計

　　RuBee（IEEE Std 1902.1—2009）作為一種應(yīng)用于物品識別的新型電子標(biāo)識技術(shù)[4],，具有雙向,、非接觸、可以定制,、點對點傳輸?shù)奶攸c,。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了系統(tǒng)工作于小于450 kHz的長波波段，符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備具有低功耗,、有效通信范圍為0.5~30 m,、工作數(shù)據(jù)速率為300~9 600 b/s等特點。RuBee模塊工作原理如圖3所示,。RuBee標(biāo)簽內(nèi)存有生產(chǎn)廠家,、廠家聯(lián)系電話、負責(zé)人等相關(guān)信息,，在進入電磁場后,，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲在芯片中的基本信息,，閱讀器獲取數(shù)據(jù)并解碼后送至處理器進行數(shù)據(jù)處理[5],。

　　2.3 ZigBee模塊設(shè)計

　　ZigBee模塊負責(zé)把溫濕度信息、變電站場景信息等傳送到上位機管理系統(tǒng),。本系統(tǒng)選用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心,，片內(nèi)設(shè)有可編程閃存、8 KB RAM，具有業(yè)界高性能的RF收發(fā)器和具有代碼預(yù)取功能,、低功耗,、標(biāo)準(zhǔn)的增強型8051內(nèi)核[6]。其接線圖如圖4所示,。

　　2.4 圖像采集模塊電路設(shè)計

　　圖像采集模塊負責(zé)實時采集變電站場景信息,。本系統(tǒng)采用圖像傳感器OV7670，它是一款體積小,、工作電壓低,、成本低、功耗低的嵌入式單片CMOS圖像傳感器[7],。工作電壓范圍為2.45~3.0 V,；體積小，封裝尺寸為3.7 mm×4.2 mm,。其接線圖如圖5所示,。

　　2.5 溫濕度采集模塊電路設(shè)計

　　溫濕度采集模塊負責(zé)實時采集溫濕度信息,。本系統(tǒng)選用的是瑞士Sensirion公司設(shè)計的溫濕度傳感器SHT11[8],，其工作電壓為2.4～5.5 V，測量精度高且穩(wěn)定性非常強,。其接線圖如圖6所示,。

　　2.6 RS232串口電路設(shè)計

　　RS232串口能夠?qū)崿F(xiàn)TMS320VC5509芯片與ZigBee模塊之間的實時通信。本系統(tǒng)采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX3232轉(zhuǎn)換芯片,，它是一種標(biāo)準(zhǔn)的RS-232收發(fā)器,，工作電壓為3.0~5.5 V。其接線圖如圖7所示,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示,。若系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，開始建立網(wǎng)絡(luò)連接,，連接成功后,，ZigBee網(wǎng)絡(luò)開始傳輸溫濕度等采集模塊所采集的實時數(shù)據(jù)，傳輸完畢后,，上位機管理系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)進行分析與處理,，從而實現(xiàn)實時變電站在線監(jiān)測。

4 結(jié)論

　　針對變電站設(shè)備智能識別和實時在線監(jiān)測等問題,，提出了一種基于RuBee/ZigBee技術(shù)變電站在線監(jiān)測設(shè)計方案,，以TMS320VC5509芯片為核心完成了硬件系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)能夠?qū)⑺杉降膶崟r數(shù)據(jù)進行分析與處理,，實現(xiàn)變電站實時在線監(jiān)測,。系統(tǒng)克服了在高壓、高溫、潮濕等環(huán)境下對變電站設(shè)備的實時在線監(jiān)測問題,，為用戶提供了一種低成本,、高性能的變電站在線監(jiān)測方式。

參考文獻

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