摘  要： 為了有效解決變電站設(shè)備智能識(shí)別和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測等問題，設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)時(shí)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(shí)，對其他相關(guān)領(lǐng)域的在線監(jiān)測也具有重要的參考價(jià)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(huì)指出，未來物聯(lián)網(wǎng)將成為新興的萬億元級(jí)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(yùn)行，整個(gè)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(shí)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(dòng)地采集各種信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)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(dú)立的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過統(tǒng)一的通信規(guī)約實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測，此系統(tǒng)必將成為一種全新的智能變電站設(shè)計(jì)理念。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　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(fù)責(zé)標(biāo)識(shí)設(shè)備生產(chǎn)廠家、廠家聯(lián)系電話、負(fù)責(zé)人等相關(guān)信息；溫濕度采集模塊負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)溫濕度信息；圖像采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集變電站場景信息；模擬量采集模塊負(fù)責(zé)采集電壓、電流信息；ZigBee網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)把溫濕度信息、變電站場景信息等傳送到上位機(jī)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(jì)

　　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(hào)處理能力，需要對接收到的大量溫濕度信息、圖像信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，實(shí)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(hào)處理芯片[2-3]。該芯片是一款具有較高性價(jià)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(yùn)行。

　　2.2 RuBee模塊設(shè)計(jì)

　　RuBee（IEEE Std 1902.1—2009）作為一種應(yīng)用于物品識(shí)別的新型電子標(biāo)識(shí)技術(shù)[4]，具有雙向、非接觸、可以定制、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。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(diǎn)。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(fù)責(zé)人等相關(guān)信息，在進(jìn)入電磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲(chǔ)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理[5]。

　　2.3 ZigBee模塊設(shè)計(jì)

　　ZigBee模塊負(fù)責(zé)把溫濕度信息、變電站場景信息等傳送到上位機(jī)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(qiáng)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(jì)

　　圖像采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)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(jì)

　　溫濕度采集模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集溫濕度信息。本系統(tǒng)選用的是瑞士Sensirion公司設(shè)計(jì)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(qiáng)。其接線圖如圖6所示。

　　2.6 RS232串口電路設(shè)計(jì)

　　RS232串口能夠?qū)崿F(xiàn)TMS320VC5509芯片與ZigBee模塊之間的實(shí)時(shí)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(jì)

　　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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳輸完畢后，上位機(jī)管理系統(tǒng)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)變電站在線監(jiān)測。

4 結(jié)論

　　針對變電站設(shè)備智能識(shí)別和實(shí)時(shí)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(jì)方案，以TMS320VC5509芯片為核心完成了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)能夠?qū)⑺杉降膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(xiàn)

　　[1] 林材安，林材映．物聯(lián)網(wǎng)在食品加工環(huán)節(jié)的應(yīng)用[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2013，32（15）：102-104.

　　[2] 李偉，林旭梅.基于DSP的交流電機(jī)伺服控制器設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2010，29（16）：17-20.

　　[3] 劉永春.基于DSP和ARM的車牌識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2012，31（22）：80-82.

　　[4] 熊春如.基于RuBee的智能數(shù)據(jù)采集終端的研究與設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2008，30（5）：54-56.

　　[5] 單玉峰，姚磊.無線射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

　　[6] Chipcon semiconductor． Application note AN040 folded dipole antenna for CC2500， CC2520， CC2530 and CC2531．[EB/OL].[2012-12-29]（2014-05-02）.http：//www.ti.com/lsds/ti/wireless_connectivity/overview.pape.

　　[7] Altera Corporation．Quatus II Reference Hand book[EB/OL].[2012-12-30]（2014-05-02）．www. altera.com.cn/？rd=en.

　　[8] 張艷麗，楊仁弟．?dāng)?shù)字溫濕度傳感器SHT11及其應(yīng)用[J]．工礦自動(dòng)化，2007（3）：113-114.