基于無線傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

摘要：針對(duì)東莞高科技工業(yè)園的實(shí)際情況，提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用DSP加ARM結(jié)構(gòu)完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào)的采集、分析和處理，通過高可靠性ZigBee CC2530模塊實(shí)現(xiàn)DSP與ARM間的無線通信，完成數(shù)據(jù)的傳輸。重點(diǎn)介紹了射頻電路及天線的設(shè)計(jì)，分析了電磁兼容及抗干擾措施，采用SmanRF Studio 7驗(yàn)證電路的RF性能，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能滿足工業(yè)園中自動(dòng)化生產(chǎn)線的精密儀器、設(shè)備的電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；射頻電路；天線；RF性能

0 引言
具有“世界工廠”稱號(hào)的東莞，在新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高，工業(yè)園內(nèi)對(duì)電源敏感的高科技電力設(shè)備越來越多，電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是提高生產(chǎn)效率、節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，本文針對(duì)東莞高科技產(chǎn)業(yè)園對(duì)電能質(zhì)量的要求，提出了一種基于ZigBee無線
傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有強(qiáng)大的測(cè)量和通信功能，而且具有組網(wǎng)方便、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⒌统杀?、大容量、高可靠性的特點(diǎn)，能很好地滿足高科技工業(yè)園電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要。

1 系統(tǒng)概述
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)，ARM9S3C2440控制模塊(匯聚節(jié)點(diǎn))、本地上位機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心組成，數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)分布在每個(gè)需要監(jiān)測(cè)的電源點(diǎn)，比如：每臺(tái)精密加工設(shè)備，每臺(tái)變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，自動(dòng)化生產(chǎn)線等；S3C2440模塊(匯聚節(jié)點(diǎn))分布在離數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)約40 m距離的范圍內(nèi)，本地上位機(jī)分布在各廠監(jiān)控室，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心放置在工業(yè)園電力管理中心，各部分的功能如下：
(1)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)：由電壓、電流互感器、信號(hào)調(diào)理電路、頻率同步電路、A／D、DSP及ZigBee模塊組成，電壓、電流互感器將從電網(wǎng)上得到的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合A／D轉(zhuǎn)換的交流小信號(hào)，經(jīng)濾波后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，DSP讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果并進(jìn)行相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)運(yùn)算和分析，分析結(jié)果通過CC2530無線通信模塊傳送至ARM控制中心，頻率同步電路的作用是減小非同步采樣造成的FFT算法中的柵欄效應(yīng)。
(2)S3C2440模塊(匯聚節(jié)點(diǎn))：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時(shí)鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統(tǒng)下位機(jī)的管理控制中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和本地上位機(jī)之間的通信與數(shù)據(jù)交換，ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)通信鏈路及路由的建立以及數(shù)據(jù)包協(xié)議轉(zhuǎn)換等。
(3)本地上位機(jī)：本地使用PC作為上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示及存儲(chǔ)等功能。
(4)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理中心：遠(yuǎn)程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)接入本地上位機(jī)的服務(wù)器平臺(tái)，通過“終端一服務(wù)器”的形式完成對(duì)本地上位機(jī)的操作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享。