ZigBee技術(shù)在智能電網(wǎng)系統中的應用研究
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3 網(wǎng)絡(luò )原理及硬件組成
3．1 ZigBee實(shí)現電能質(zhì)量監測的網(wǎng)絡(luò )組成
ZigBee電能質(zhì)量檢測網(wǎng)絡(luò )由許多個(gè)小型的節點(diǎn)構成。以這些工作節點(diǎn)為依托，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信組成各種網(wǎng)絡(luò )托普結構。為降低成本，系統中大部分的節點(diǎn)為子節點(diǎn)，從組網(wǎng)通信上看，它們只是其功能的一個(gè)子集，稱(chēng)為RFD(精簡(jiǎn)功能設備)，這種設備不具有路由的功能；另外還有一些節點(diǎn)負責與控制的子節點(diǎn)通信、匯集數據和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱(chēng)為FFD(全功能設備或協(xié)調器)。圖2示出了一個(gè)ZigBee設備在智能電網(wǎng)中建立采集控制網(wǎng)絡(luò )應用的拓撲示意圖。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157076.htm
每個(gè)節點(diǎn)由一個(gè)具備ZigBee協(xié)議棧的MCU作為主控設備。每個(gè)信號采集節點(diǎn)通過(guò)ADC從模擬傳感器得到實(shí)時(shí)數據，按照Z(yǔ)igBee協(xié)議把數據打包并通過(guò)射頻芯片及前端天線(xiàn)發(fā)送給簇內的RFD，再由RFD路由轉發(fā)到數據中心，以做進(jìn)一步處理。在每個(gè)節點(diǎn)的外部可外接相應的PIO芯片和其他外圍電路進(jìn)行交互。同時(shí)，由現場(chǎng)操作人員在控制中心可以對相應節點(diǎn)發(fā)出指令，使遙控相應節點(diǎn)按遙控指令做出一些動(dòng)作，比如緊急合閘、開(kāi)閘動(dòng)作等。
3．2 監測節點(diǎn)的硬件原理
實(shí)驗采用了MoteWork開(kāi)發(fā)平臺。該實(shí)驗模擬在數據中心遠端獲取母線(xiàn)及變壓器測試節點(diǎn)的溫度參數，平臺的硬件結構如圖3所示。
ZigBee測試節點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線(xiàn)電通信模塊和能量供應模塊4部分組成。此節點(diǎn)的節點(diǎn)采用一款Atmel公司的AVR系列8位單片機ATmegal28為處理器芯片。ATmegal28具有如下特點(diǎn)：128 KB系統內可編程FLASH(具有在寫(xiě)的過(guò)程中還可以讀的能力，即RWW)，4 KB E2PROM，4 KBSRAM，53個(gè)通用I／O口線(xiàn)，32個(gè)通用工作寄存器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC，4個(gè)靈活的具有比較模式和PWM功能的定時(shí)器／計數器(T／C)，2個(gè)USART，面向字節的兩線(xiàn)接口TWI，8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)，具有片內振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，SPI串行端口，與IEEE 1149．1規范兼容的JTAG測試接口，以及6種可以通過(guò)軟件選擇的省電模式。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊則采用了TI公司的CCl000通用無(wú)線(xiàn)通信模塊。
此開(kāi)發(fā)板可外接多種傳感器設備，此次實(shí)驗選用一款高精度溫度傳感器。
4 軟件設計
該系統的軟件開(kāi)發(fā)建立在加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)設計的一種新型的嵌入式系統——TinyOS之上。
4．1 TinyOS體系
TinyOS操作系統為用戶(hù)提供一個(gè)良好的用戶(hù)接口，具有更強的網(wǎng)絡(luò )處理和資源收集能力。為滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的要求，在TinyOS中引入4種技術(shù)：輕線(xiàn)程、主動(dòng)消息、事件驅動(dòng)和組件化編程。整個(gè)系統由組件構成，通過(guò)組件對硬件進(jìn)行抽象，提高了軟件重用度和兼容性。
TinyOS操作系統及其應用程序使用產(chǎn)生代碼相對較小的necC來(lái)開(kāi)發(fā)。
4．2 部分程序流程及代碼
部分測試設備的啟動(dòng)流程框圖如圖4所示。
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