基于ZigBee的高壓開關(guān)柜無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)
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協(xié)調(diào)器通過NLME-NETWORK-FORMA-TION.request原語來啟動一個新網(wǎng)絡的建立過程。然后網(wǎng)絡層請求MAC層對協(xié)議所規(guī)定的信道或由物理層所默認的有效信道進行能量檢測掃描，以檢測可能的干擾。網(wǎng)絡層收到成功的能量檢測掃描結(jié)果后，以遞增的方式對所測量的能量值進行排序，并舍棄那些能量值超出許可范圍的信道。如果網(wǎng)絡層找到了合適的信道，則為新建的網(wǎng)絡選擇一個PAN標識符，接著選擇0x0000作為協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡地址。當網(wǎng)絡層選定網(wǎng)絡地址后，通過向MAC層發(fā)送MLME-START.request原語完成ZigBee網(wǎng)絡的創(chuàng)建過程。ZigBee網(wǎng)絡支持星型網(wǎng)、簇狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)3種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其中網(wǎng)狀網(wǎng)的任意兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間都可以進行通信，發(fā)送數(shù)據(jù)報的流程如圖3所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/157604.htm
2.3 低功耗設計
由于高壓開關(guān)柜內(nèi)是一種高電壓、大電流的環(huán)境，而且一旦開始工作不能輕易停止，因此終端節(jié)點的低功耗特性，也就是一節(jié)普通鋰電池能夠維持終端節(jié)點正常工作的時間長短是決定整個方案成敗的關(guān)鍵。TI公司的ZigBee解決方案從硬件和軟件上保證ZigBee終端節(jié)點具有良好的低功耗特性。 ZigBee芯片CC2430是真正意義上的系統(tǒng)單芯片，在單一硅片上集成了處理器內(nèi)核、射頻收發(fā)器和各種外設，根據(jù)工作頻率的不同以及外設是否處于工作狀態(tài)，CC2430可以工作在PM0，PM1，PM2和PM3四種低功耗模式，流耗依次降低，工作在PM3模式下時，流耗最低可達0.6 A。Z-Stack協(xié)議棧也對低功耗做了很好的支持。ZigBee網(wǎng)絡中的終端節(jié)點不具備路由功能，處于空閑狀態(tài)時，它的射頻部分可以關(guān)閉，微處理器可以工作在低功耗的休眠模式。網(wǎng)絡中的其他節(jié)點發(fā)給終端節(jié)點的數(shù)據(jù)報，可以先存儲在它的父節(jié)點，終端節(jié)點每次退出休眠模式后，主動詢問它的父節(jié)點，是否有它的數(shù)據(jù)報。Z-Stack協(xié)議棧支持LITE sleep和DEEP sleep兩種低功耗實現(xiàn)方式。其中，在LITE sleep模式下，終端節(jié)點能主動退出低功耗模式，完成諸如傳感器數(shù)據(jù)的讀取并發(fā)送的任務；在DEEP sleep模式下，終端節(jié)點必須由外部中斷信號(如按鍵事件)喚醒。根據(jù)實際工程應用的需要，本文的高壓開關(guān)柜無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)中的終端節(jié)點采用 LITE sleep低功耗模式。
3 現(xiàn)場試用結(jié)果
本文設計的基于ZigBee無線網(wǎng)絡技術(shù)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)在變電所的電容式高壓開關(guān)柜內(nèi)進行了現(xiàn)場試用，安裝情況如圖4所示。每個開關(guān)柜內(nèi)布置 8～10個ZigBee終端測試節(jié)點，用于測試開關(guān)觸點和母線連接部位的溫濕度，整個配電室內(nèi)的所有測試節(jié)點通過路由節(jié)點組成一個ZigBee網(wǎng)絡。終端測試節(jié)點大部分時間處在休眠狀態(tài)，每隔5 min醒來1次，讀取傳感器溫濕度值，并發(fā)往ZigBee網(wǎng)絡中的協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器可以通過串口、以太網(wǎng)或GPRS等多種接口方式將測量數(shù)據(jù)發(fā)往后臺管理數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)在不更換終端節(jié)點電池的前提下，已經(jīng)連續(xù)正常工作10個月，預計可以正常工作3年以上。
4 結(jié) 語
本文針對高壓開關(guān)柜開關(guān)觸點和母線連接等部位溫濕度監(jiān)測的迫切性及工程現(xiàn)場的特點，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無線溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵點位溫濕度監(jiān)測，有效地防止了重大事故的發(fā)生。系統(tǒng)實現(xiàn)成本低廉、安裝方便、終端節(jié)點功耗低、工作穩(wěn)定、具有很強的工程實用性和市場推廣價值。
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