基于ZigBee的电力线数据采集系统的设计_论文

i 于 Z g e的电 力线  jBe 夏丽甜 李 永 全  荆州 4 4 2 ) I 303     ( 长江大学 电子信息学 院 1 引 言    而 手 持设 备则 相 当于 一 个 F D 全 功 能 设 备 ) 点 。 F( 节   F D节 点是 具 有路 由与 中继 功 能 的 网络 节 点 ,可 以  F 电力 传 输 线 路 的故 障经 常 会 影 响 到 电力 的 传  与 R D节点通 信 ,也 可 以 与别 的 F D节点 通信 ; F F 它  送 , 电力 线 的故 障 问题 主要 是通 过 电流 来体 现 , 而 通  还 可 作 为协 调 器 使 用 ,负责 组 建 网络 和信 息 路 由 ;   过采 集 电力线 上 的 电流信 号来 监测 电力线 上 的用 电  R D节 点是 网络 终端 节点 , 互之 间不 能直 接通 信 , F 相   负荷 , 可检 测 出 电力线 上  现 的故 障 。 高压 大 电流 的  只 能通过 F D节 点发 送 和接 收信息 ,不具 有路 由和  F 现场 环境 一般 不允 许 布置过 多 的 电缆 ,并 且 此环 境  中继 功 能 。 系 统使 用 星型 网络实 现通 信 , 本 网络 配置  只适 合采 用 电池供 电 , 由于更 换 电池 的不 便性 , 就  这 求 ,本 文 提出一种 基 于 Zg e 的 电力线 数据 采集 系  iB e 统 。 系统 具 有 功耗 低 、 该 不需 布线 、 装调 试 方 便 和  安 一 个 协 调 器和 多个终 端 节点 ,其 中手持 设备 起协 调  要求 数据 采集 节点 具 备非 常低 的功耗 ,针 对 这些 要  器作 用 , 前端 数据采 集 节点 即为终 端节点 设备 。   使用 寿命 长 等优点 。   2 系统 整 体 结 构  图 1 示 为 Zg e 技 术 的电力线 数 据采集 系统  所 i e B 框 图 。整 个 系统 南前端 信 息采 集节 点 和手 持设 备 组  成星型通信网络结构。其中前端信息采集节点是一  个集成了 Z B e i e 模块在内的数据采集节点 , Zg  g 在 i — B e网络 内相 当 于一 个 R D( e F 简化 功 能设 备 ) 点 ; 节   图 I 系统框 图  中 国新 通 信 2 1 .2 0 01   7  7 射频通 信模块 、 U、C MC L D显示模 块 、 盘 、CD 键 D /C模  块 、 源模块 、 口通 信模 块 和 存储 器 。 持设 备 的  电 串 手 射频 芯片 C 2 3 接收 到的信号解 包 , 后将信 号  C 4 0将 然 传 给处 理 器进 行 处 理 , 结 果 显示 在 L D上 , 将 C 同时  将 接 收的信号存 储在存 储器 S D里 , 以做进 一步 的分  析处理 。   图 2 前端信息采集节点  22 主要 接 口电路的设计  _ 前 端信 息采集 节点 原理 图如 图 5所 示 ,无线 射  21 系统的硬 件设计  。   211 前端信 息采 集节点  . . 频 通 信 模 块 采 用 的是 自带 Zg e/ E  0 . . i e E E 8 21 4协  B I 5 议 的 C 2 3 信模 块 。 C 4 0芯 片在 单个 芯 片 上  C 4 0通 C 23 i e B R 前端 、 内存 和位 控 制器 。 它  如 图 3所示 ,前端 数据 采集 节点 由以下几部 分  整合 了 Zg e 射 频 ( F) U( 0 1 , 2K 组成 : 电流 互感 器 、 号调 理 电路 、 信 无线 射 频 通信 模  内 置 1个 8位 MC 8 5 ) 具 有 1 8 B可 编 程 闪  K A 个 4位 块、 电源模 块和 晶振 。 端数 据采 集节点 通过 电流互  存 和 8 B的 R M,还 包 含 1 1 模 数 转 换 器  前 A C)4个 Tme )A S 2   感器 采集 电流模 拟信号 ,信 号调 理 电路 对采 集 的信  ( D 、 定 时 器 ( i r 、 E 18协 同处 理 器 、 Wac dgt r 、2H h i 号进 行调 理 ,通 过射 频芯 片 C 2 3 C 4 0白带 的 A D转  看 门狗定 时器 ( t  o me)3k z晶振 的休 眠  / 上 P w r  ee)掉 o 换器 , 将采 集 的模 拟信 号转换 成数 字信 号 , 当收 到手  模 式 定 时器 、 电复 位 电路 ( o e nrst、 电检  Bo not t t g , dei 1个 可 编 程 I   / O 持设 备 的发 送请 求时 ,无线 射频 通信模 块便 将数 据  测 电 路 ( rw  u e c n ) 以 及 2 引脚 。   分组 发送 出去 。   21 .. 手持 设 备  2 采集 的高压线 上 的电流信 号 由电流 互感 器转 换  ~A 如图 4 示 , 所 手持设 备 由以下 几部分 组成 : 线  成 0 5 的 交 流 电流 ,然 后 通 过 真 有 效 值 转 换 器  无 A 6 7将 交流信 号转 换成 直流信 号 , 入 到 C 2 3  D3 输 C 40 的 P. , C 23 07脚 由 C 4 0自带 的 A C将 模 拟 电流信 号  D 转 换成数字 电压信 号 , 再交 由 C 2 3 的射 频端将  C 4 0里 采 集 的数据 进行分 组发射 出去 。   手持 设 备 中 MC U采 用 的是 MS 4 0 19单 片  P 3F 4 机 。 I 司的 MS 4 0系列 单 片 机是 一 种 超低 功耗  T公 P3 的混合信 号控 制器 ,能够 在低 电压下 以超 低功 耗状  图 3

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