zigbee电网电压无线监测
摘 要随着社会的发展，对于在不断提高，同时对电力系统的可靠性指标的安全的社会要求，在线监测技术可以提供可靠的设备状态信息。在线监测技术，为电力系统的发展电网电压数据提供可能。因此本课题主要通过设计一个基于ZigBee协议的电压无线监控系统，电路采集部分采用MSP430F449芯片作为控制芯片，可以采集多个电网分支终端电压进行实时控制。系统主要由低压断路器主控电路、电压采集电路、ZigBee 无线通信模块和保护电路四个部分组成。针对复杂，多变的环境、容易维护、容易扩展和低成本的研究方案要求下，对硬件电路和软件系统进行设计。将采集的电压信号传送进行处理，从而实现了远程的信息传输和监控电网的运行状况，有助于电力管理及人员能够及时的对电网电压监测出作出响应处理，方便有效的提高了电网的安全稳定性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题研究的意义 1
1.3基于ZIGBEE的通信技术 1
第二章 系统方案设计 6
2.1 研究目标及要求 6
2.2 低压断路器的技术 6
2.3 设计方案 8
第三章 系统的硬件设计 11
3.1硬件的总体方案 11
3.2三相电压的采集与处理 11
3.3显示电路 12
3.4按键电路 13
3.5主控电路设计 13
3.6时间电路 14
3.7储存电路 15
3.8电源电路 15
3.9合闸电路 15
3.10通信电路 16
3.10.1 RS485收发器电路 16
3.10.2 ZigBee通信接口电路 17
第四章 系统的的软件设计 20
4.1 电压采样软件设计 20
4.2 人机交互软件设计 20
4.3通信流程 22
4.4课题研究重点及要解决的主要问题 22
第五章 系统测试 24
5.1 系统测试平台 24
5.2 硬件部分测试 26
5.3 软件部分测试 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.4 电压采集的波形图 27
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
“电力设备在线监测”是利用电子、传感器、计算机和其他技术，在信号采集和传输操作的高电压设备，数据处理和逻辑判断，实现电力设备带电测试或诊断的实时连续监测运行状态。现代社会中，电力系统的高电压、大容量的方向发展，因此，开展在线监测技术、成为电力系统发展的需要。
电力设备在线监测系统，是实现对实际系统的电力设备远程实时监控，因此，监测人员观察系统的异常，及时做出反应，减少或避免因操作不当造成的损失可能会导致系统提高系统效率，减少人力、节约成本，有助于提高国民经济水平。
更加比十年前，蓝牙热潮席卷全球，收费高，资金不足，转让的实际应用效果并不理想，近年来，蓝牙技术是在工业中工业发展不可避免的问题。
ZigBee网络主要用于自动化控制、数据传输是一个由许多无线模块、数据传输的网络平台，是CDMA移动通信网络或GSM网络现有的非常相似，ZigBee无线网络和整个网络的范围内的基站的移动网络的每个节点上，可以他们之间相互通信，每个网络节点之间的距离，扩大到几百米，或甚至几千米.ZigBee网络节点本身不仅可以用于数据采集和监控，还具有路由的功能，数据可以自动使用更高阶的调制技术可以提供的250kbps物理传输速率转发到其它网络节点。2.4 GHz的，有助于实现更高的吞吐量和较小的通信延迟时间，短的工作周期，主要适用于自动控制和遥控器，可以被嵌入各种设备。
虽然ZigBee是一个局域网（LAN），覆盖的面积是有限的，但它的能与现有的移动互联网和其他通信网络连接，连成一个整体，将大量的ZigBee网络的具有高度的灵活性，因此，可以使用一系列的ZigBee网络节点的不同，不同的功能，并且建立局部控制的ZigBee网络，然后通过因特网或细胞电话连接到远程计算机，从而实现低成本、远程监控效率高。
1.2课题研究的意义
本设计要求利用低压线路分支处如集中表箱中安装DTM3EL型动作断路器，采集电网电压数据，实时进行电网电压等信号监测和智能控制。利用ZIGBEE协议下的多个终端电压检测组网，通过多个终端的电压采集传输到总的协调器上，实现与断路器的通信，并接断路器记载的数据通过无线终端发送至管理系统。利用后台计算机实现对电网电压实时监测。
1.3基于ZIGBEE的通信技术
1.3.1 移动通信与Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据技术协议是一种短距离无线通信技术，该名称的低功耗来自蜜蜂的过渡，在中国它被翻译成“紫色”，它是类似于蓝牙，是一种新的短距离无线 技术。
ZigBee是一种短距离应用中，数据传输速率低的双向无线通信技术，各种电子设备之间，在ZigBee技术及其体系结构通常由每层量化简化标准，负责完成指定任务的层，并且提供服务到上部ZigBee协议结构主要由物理层，媒体存取控制（MAC）层，网络/安全性和应用程序框架。其工作频率和调制方式：全球统一的2.4 GHz频段ISM频段，以帮助促进ZigBee技术，并在美国的生产成本较低，915MHz的ISM频率868 MHz的是欧洲的ISM频段，这是为了避免在2.4 GHz无线干扰频率通讯设备介绍图21 ZigBee通信的可靠性。
图11 Zigbee通信可靠性保证
图12 Zigbee的频带和数据传输率
图13 Zigbee的堆栈架构
1.3.2 什么是Zigbee标准？
Zigbee是专门针对无线传感器网络而设计的标准，就像GPRS对于移动电话，蓝牙对于短距离声音传递，WIFI对于互联网数据一样，历史证明大众市场对无线产品的认可需要有一个世界范围的标准。
Zigbee有了一个简单、可靠、低功耗的全球无线公共标准，使远程监测和控制应用特有的需求最优化。
1.3.3基于Zigbee的典型应用
冗余、自愈能力和ZigBee无线Mesh网络自配置是许多应用的理想选择。的，主要包括：
提高效率和能源管理—提供更多的信息和控制能源使用，为用户提供更好的服务和更多的选择，更好的管理资源，有助于减少对环境的影响。
住宅自动化—楼宇自动化照明、冷却、安全和加热的集成与管理。
楼宇自动化—整合并集中管理照明、制冷、安全和采暖。
工业自动化—扩大现有的生产和过程控制系统可靠性。
ZigBee技术的互操作性意味着这些应用程序一起提供更大的利益。
图14 ZIGBEE应用范围
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题研究的意义 1
1.3基于ZIGBEE的通信技术 1
第二章 系统方案设计 6
2.1 研究目标及要求 6
2.2 低压断路器的技术 6
2.3 设计方案 8
第三章 系统的硬件设计 11
3.1硬件的总体方案 11
3.2三相电压的采集与处理 11
3.3显示电路 12
3.4按键电路 13
3.5主控电路设计 13
3.6时间电路 14
3.7储存电路 15
3.8电源电路 15
3.9合闸电路 15
3.10通信电路 16
3.10.1 RS485收发器电路 16
3.10.2 ZigBee通信接口电路 17
第四章 系统的的软件设计 20
4.1 电压采样软件设计 20
4.2 人机交互软件设计 20
4.3通信流程 22
4.4课题研究重点及要解决的主要问题 22
第五章 系统测试 24
5.1 系统测试平台 24
5.2 硬件部分测试 26
5.3 软件部分测试 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
5.4 电压采集的波形图 27
结束语 29
致 谢 30
参考文献 31
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
“电力设备在线监测”是利用电子、传感器、计算机和其他技术，在信号采集和传输操作的高电压设备，数据处理和逻辑判断，实现电力设备带电测试或诊断的实时连续监测运行状态。现代社会中，电力系统的高电压、大容量的方向发展，因此，开展在线监测技术、成为电力系统发展的需要。
电力设备在线监测系统，是实现对实际系统的电力设备远程实时监控，因此，监测人员观察系统的异常，及时做出反应，减少或避免因操作不当造成的损失可能会导致系统提高系统效率，减少人力、节约成本，有助于提高国民经济水平。
更加比十年前，蓝牙热潮席卷全球，收费高，资金不足，转让的实际应用效果并不理想，近年来，蓝牙技术是在工业中工业发展不可避免的问题。
ZigBee网络主要用于自动化控制、数据传输是一个由许多无线模块、数据传输的网络平台，是CDMA移动通信网络或GSM网络现有的非常相似，ZigBee无线网络和整个网络的范围内的基站的移动网络的每个节点上，可以他们之间相互通信，每个网络节点之间的距离，扩大到几百米，或甚至几千米.ZigBee网络节点本身不仅可以用于数据采集和监控，还具有路由的功能，数据可以自动使用更高阶的调制技术可以提供的250kbps物理传输速率转发到其它网络节点。2.4 GHz的，有助于实现更高的吞吐量和较小的通信延迟时间，短的工作周期，主要适用于自动控制和遥控器，可以被嵌入各种设备。
虽然ZigBee是一个局域网（LAN），覆盖的面积是有限的，但它的能与现有的移动互联网和其他通信网络连接，连成一个整体，将大量的ZigBee网络的具有高度的灵活性，因此，可以使用一系列的ZigBee网络节点的不同，不同的功能，并且建立局部控制的ZigBee网络，然后通过因特网或细胞电话连接到远程计算机，从而实现低成本、远程监控效率高。
1.2课题研究的意义
本设计要求利用低压线路分支处如集中表箱中安装DTM3EL型动作断路器，采集电网电压数据，实时进行电网电压等信号监测和智能控制。利用ZIGBEE协议下的多个终端电压检测组网，通过多个终端的电压采集传输到总的协调器上，实现与断路器的通信，并接断路器记载的数据通过无线终端发送至管理系统。利用后台计算机实现对电网电压实时监测。
1.3基于ZIGBEE的通信技术
1.3.1 移动通信与Zigbee
Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据技术协议是一种短距离无线通信技术，该名称的低功耗来自蜜蜂的过渡，在中国它被翻译成“紫色”，它是类似于蓝牙，是一种新的短距离无线 技术。
ZigBee是一种短距离应用中，数据传输速率低的双向无线通信技术，各种电子设备之间，在ZigBee技术及其体系结构通常由每层量化简化标准，负责完成指定任务的层，并且提供服务到上部ZigBee协议结构主要由物理层，媒体存取控制（MAC）层，网络/安全性和应用程序框架。其工作频率和调制方式：全球统一的2.4 GHz频段ISM频段，以帮助促进ZigBee技术，并在美国的生产成本较低，915MHz的ISM频率868 MHz的是欧洲的ISM频段，这是为了避免在2.4 GHz无线干扰频率通讯设备介绍图21 ZigBee通信的可靠性。
图11 Zigbee通信可靠性保证
图12 Zigbee的频带和数据传输率
图13 Zigbee的堆栈架构
1.3.2 什么是Zigbee标准？
Zigbee是专门针对无线传感器网络而设计的标准，就像GPRS对于移动电话，蓝牙对于短距离声音传递，WIFI对于互联网数据一样，历史证明大众市场对无线产品的认可需要有一个世界范围的标准。
Zigbee有了一个简单、可靠、低功耗的全球无线公共标准，使远程监测和控制应用特有的需求最优化。
1.3.3基于Zigbee的典型应用
冗余、自愈能力和ZigBee无线Mesh网络自配置是许多应用的理想选择。的，主要包括：
提高效率和能源管理—提供更多的信息和控制能源使用，为用户提供更好的服务和更多的选择，更好的管理资源，有助于减少对环境的影响。
住宅自动化—楼宇自动化照明、冷却、安全和加热的集成与管理。
楼宇自动化—整合并集中管理照明、制冷、安全和采暖。
工业自动化—扩大现有的生产和过程控制系统可靠性。
ZigBee技术的互操作性意味着这些应用程序一起提供更大的利益。
图14 ZIGBEE应用范围
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