ZigBee技術(shù)在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究
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3 網(wǎng)絡(luò)原理及硬件組成
3．1 ZigBee實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)組成
ZigBee電能質(zhì)量檢測網(wǎng)絡(luò)由許多個小型的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。以這些工作節(jié)點(diǎn)為依托，通過無線通信組成各種網(wǎng)絡(luò)托普結(jié)構(gòu)。為降低成本，系統(tǒng)中大部分的節(jié)點(diǎn)為子節(jié)點(diǎn)，從組網(wǎng)通信上看，它們只是其功能的一個子集，稱為RFD(精簡功能設(shè)備)，這種設(shè)備不具有路由的功能；另外還有一些節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)與控制的子節(jié)點(diǎn)通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱為FFD(全功能設(shè)備或協(xié)調(diào)器)。圖2示出了一個ZigBee設(shè)備在智能電網(wǎng)中建立采集控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的拓?fù)涫疽鈭D。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/157076.htm
每個節(jié)點(diǎn)由一個具備ZigBee協(xié)議棧的MCU作為主控設(shè)備。每個信號采集節(jié)點(diǎn)通過ADC從模擬傳感器得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照ZigBee協(xié)議把數(shù)據(jù)打包并通過射頻芯片及前端天線發(fā)送給簇內(nèi)的RFD，再由RFD路由轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心，以做進(jìn)一步處理。在每個節(jié)點(diǎn)的外部可外接相應(yīng)的PIO芯片和其他外圍電路進(jìn)行交互。同時(shí)，由現(xiàn)場操作人員在控制中心可以對相應(yīng)節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令，使遙控相應(yīng)節(jié)點(diǎn)按遙控指令做出一些動作，比如緊急合閘、開閘動作等。
3．2 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的硬件原理
實(shí)驗(yàn)采用了MoteWork開發(fā)平臺。該實(shí)驗(yàn)?zāi)M在數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)端獲取母線及變壓器測試節(jié)點(diǎn)的溫度參數(shù)，平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
ZigBee測試節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線電通信模塊和能量供應(yīng)模塊4部分組成。此節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)采用一款A(yù)tmel公司的AVR系列8位單片機(jī)ATmegal28為處理器芯片。ATmegal28具有如下特點(diǎn)：128 KB系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH(具有在寫的過程中還可以讀的能力，即RWW)，4 KB E2PROM，4 KBSRAM，53個通用I／O口線，32個通用工作寄存器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(T／C)，2個USART，面向字節(jié)的兩線接口TWI，8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，SPI串行端口，與IEEE 1149．1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式。無線收發(fā)模塊則采用了TI公司的CCl000通用無線通信模塊。
此開發(fā)板可外接多種傳感器設(shè)備，此次實(shí)驗(yàn)選用一款高精度溫度傳感器。
4 軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的軟件開發(fā)建立在加州大學(xué)伯克利分校開發(fā)設(shè)計(jì)的一種新型的嵌入式系統(tǒng)——TinyOS之上。
4．1 TinyOS體系
TinyOS操作系統(tǒng)為用戶提供一個良好的用戶接口，具有更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)處理和資源收集能力。為滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，在TinyOS中引入4種技術(shù)：輕線程、主動消息、事件驅(qū)動和組件化編程。整個系統(tǒng)由組件構(gòu)成，通過組件對硬件進(jìn)行抽象，提高了軟件重用度和兼容性。
TinyOS操作系統(tǒng)及其應(yīng)用程序使用產(chǎn)生代碼相對較小的necC來開發(fā)。
4．2 部分程序流程及代碼
部分測試設(shè)備的啟動流程框圖如圖4所示。
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