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1、依附于紫蜂技术的低功耗电能参数无线监测系统 李京华 张鹏涛 宋会良 凯迈(洛阳)测控有限公司 摘 要： 近年来, 伴随社会经济与科技的持续进步, 我们对用电的需求不可同日而语, 所以深化智能电网可靠性控制势在必行。为了确保电力装置的稳定运行, 目前, 变压器装置的在线诊断技术被电力企业所广泛应用, 不过对变压器电压、负荷以及铁芯入地电流数据的测量, 与传感设备的安装及网络通信连接依然是现阶段我们亟待解决的主要问题。因此, 开发一种引线便捷、绝缘性优异、功耗小同时能予以同步监测电能数据及温度的传感器成为我们所关注的内容。而低功耗电能数据测量芯片与 wireless network 紫蜂技术也应运
2、而生。关键词： 紫蜂技术; 低功耗电能数据; 无线监测; 作者简介：李京华 (1984-) , 男, 山东省临沂市人, 本科, 工程师, 研究方向:系统装调测试、信号采集、总线通讯。Wireless Monitoring System for Low-consumption Power Parameters Based on ZigBee TechnologyLI Jinghua ZHANG Pengtao SONG Huiliang Abstract： In recent years, with the continuous progress of social economy and sc
3、ience and technology, we do not have the same demand for electricity, so it is imperative to deepen the reliability control of smart grid. In order to ensure the stable operation of power plant, the on-line diagnosis technology of transformer device is widely used by power enterprises, but the trans
4、former voltage, load and core earth current data are measured. The installation of sensor equipment and the network communication connection are still the main problems to be solved at this stage. Therefore, the development of a new sensor with convenient lead, excellent insulation, low power consum
5、ption and synchronous monitoring of electrical energy data and temperature has become the focus of our attention. And low power consumption power data measurement chip and wireless network technology also came into being.Keyword： ZigBee technology; low-consumption power data; wireless monitoring; 众所
6、周知, 紫蜂技术即为应用于控制与监视的低速率、短距离、低功耗、低投资、高稳定性的 wireless network。其组网具有多元化特性, 同时具备自恢复及优异的冗余性, 可以有效覆盖一定的范围, 各紫蜂网络能够支持六万台装置, 换而言之, 每台紫蜂装置能够和其他六万台装置予以连接。目前紫蜂技术在很多领域都被广泛应用。文章将以依附于紫蜂技术的低功耗电能参数无线监测系统作为切入点, 在此基础上予以深入的探究, 相关内容如下所述。1 紫蜂技术系统硬件设计紫蜂技术系统通过下述几层基本结构所构成: (1) 无线电能数据与温度采集模块 (2) 紫蜂技术接收节点 (3) 计算机工作点。无线电能数据与温度采
7、集模块进行被测目标的电能数据与温度的测量, 在此基础上经紫蜂技术 Wireless Communication System 接口将参数传输至紫蜂接收节点, 紫蜂接收节点将接收到的参数予以处理后经控制器局域网络及 Ethernet 等总线把参数传输至计算机工作站, 同时予以深入的处理。无线电能监视装置硬件中央处理器择取三十二位核、嵌入 128K 字节闪存Memory 与 16K 字节静态随机存取存储器的 LPC2134 嵌入式微处理器。外围电路通过液晶显示器模块、报警输出电路、数据存储电路、紫蜂 Wireless Communication System、RS485 通信接口电路与同步时钟电路
8、所构成。液晶显示器模块即人机交互接口显示电流有效值、电压有效值、功率、频率、功率因数以及温度等数据测量值与同步趋势表等;按键接口电路功能是匹配于人机交互接口液晶显示器模块, 便于用户予以调试系统组态数据与切换测量参数显示画面;紫蜂 Wireless Communication System 集成了紫蜂无线收发装置于一个单指令内嵌闪存空间的 51 中央处理器, 而且还有通用输入/输出口, 功能为接收无线电能数据与温度测量模块传输的参数, 在此基础上将数据传输至主中央处理器予以处理。无线电能数据与温度测量模块主微控制单元择取超低功耗的十六位Microcontroller Unit。外围电路通过紫蜂
9、技术 Wireless Communication System 模块、电量传感器电路、温度传感器电路及电源电路等构成。紫蜂Wireless Communication System 模块功能是将测得的电能数据与温度数据通过无线传输至监视装置;电源电路功能经电压互感装置在线取电, 为整个模块输送电能, 因此节约外部供电。2 紫蜂技术系统软件设计无线电能数据监视装置因为程序设计相对繁琐, 所以我们可择取基于优先级的抢占式多任务嵌入式同步操作系统。基于优先级抢占式多任务内核的特性即为简便、可靠且具有较强的同步性, 能够调整源代码, 进而使其匹配于自己的需要, 同时可裁减掉多余的区域, 使操作系统更
10、为小巧, 在此基础上能够有效达到用户特定操作系统的需要。为了深化系统的同步性, 基于优先级的抢占式多任务能够把一个繁琐的应用分割成多个相互独立的任务, 同时依附于任务的重要性予以分配优先项, 任务的调度均通过基于优先级的抢占式多任务同步内核所完成。基于优先级的抢占式多任务内核还负责中央处理器时间的分配, 中央处理器时间总是优先分配给中断任务, 差异化任务的通信能够经基于优先级的抢占式多任务提供的信号量予以完成。择取基于优先级的抢占式多任务同步操作系统内核, 便捷了应用程序的设计, 可以让程序结构更具层次性。整个程序设计通过操作系统与相应的用户应用任务所组建, 因此可以更便捷的维护应用程序。无线
11、电能数据监视装置若想实现程序内相关任务的同步性, 将程序划分为多个具有差异化优先级的任务。经多任务操作机制的任务与常规函数有较大的差异, 其即为一个无限的循环, 同时并不存在返回值。若没有更高优先级的任务加入就绪态, 那么当前任务是无法放弃对中央处理器的使用权的。为了达到操作系统的稳定运行与相关事件的同步性, 一定要有针对性的处理任务间的事件结构。相关任务具备差异化的优先级, 经调用系统延时函数, 能够促使更高优先级的任务进入就绪态。在设计环节, 经对延时数据的构建, 系统隔一短时间, 即可启动接收队列监视任务, 按时扫描环形缓冲范围。若发现读指针和写指针失衡的问题, 那么会将环形缓冲范围内新
12、接收的参数录入至 recvbuf, 在此基础上对接收的数据予以处理, 如果是紫蜂 Wireless Communication System 模块传输的参数, 那么就发送数据处理信号量 Data Proc Sem, 参数处理任务接收信号量启动运行, 进而开启参数处理;如果是计算机监控工作站传输请求帧参数, 那么就发送参数发送信号量 Send Sem, 参数传输任务接收到信号量, 进而开始运行, 开启参数的传输功能, 见图 1。图 1 无线电能数据监视装置程序流程示意 下载原图在未使用基于优先级的抢占式多任务所提供的功能时, 一定要先调用 OSInit () 函数, 此函数构建了两个基本任务:
13、(1) 空闲任务 (2) 统计任务。此应用程序忽略统计任务, OSInit () 函数仅构建一个任务, 也就是空闲任务。Init Hardw are () 函数所需完成系统时钟调整与通用异步收发传输器串口数据的初始化;Init Para () 函数完成系统整体变量的初始化, 在此基础上构建相关应用任务, 进而 OSStart () 函数会把控制权交由优先级抢占式多任务内核, 同时予以多任务运行。电能数据与温度测量模块因为对时间会有一定的要求, 同时程序设计较为便捷, 因此程序择取依附于时间控制的程序流程构架, 使用时间状态的编程技术。程序予以运行后, 第一步, 会初始化系统硬件数据与系统变量数
14、据, 在此基础上采集电能数据与温度, 第二步, 将相关参数经紫蜂 Wireless Communication System 模块传输至无线电能数据监视装置, 第三步, 转至空闲睡眠模式。其中数据传输任务完成时间控制在五十毫秒, 其中包括三十毫秒的唤醒等待、十毫秒的参数通信时间。3 结束语综上所述, 系统通过无线电能数据与温度采集模块、紫蜂技术接收节点以及计算机工作点所构成。无线电能数据与温度采集模块进行被测目标的电能数据与温度的测量, 在此基础上经紫蜂技术 Wireless Communication System 接口将参数传输至紫蜂接收节点, 紫蜂接收节点将接收到的参数予以处理后经控制器
15、局域网络及 Ethernet 等总线把参数传输至计算机工作站, 同时予以深入的处理。我们可以通过此系统予以有效的在线故障诊断, 在此基础上处理变压器过载、过热及漏电流等问题, 进而避免此类问题的发生, 从根本确保高压装置的可靠运行。参考文献1房栋, 李宇, 尹力, 等.水声传感器网络 MAC 协议研究与实现A.2014 年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集C.2014. 2鲁照权, 黄梅初, 杜征, 等.基于紫蜂技术无线网络的大棚种植温度监测系统J.安徽农业科学, 2015 (13) . 3周雪, 张云贵, 肖正宇.基于紫蜂技术的温湿度传感器节点的设计与应用A.中国计量协会冶金分会 2014 年会论文集C.2014. 4于洋, 张东伟, 崔建军.基于紫蜂技术的井下人员定位系统的设计A.煤矿安全、高效、洁净开采-机电一体化新技术学术会议论文集C.2016.
