基于ZigBee的高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統
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協(xié)調器通過(guò)NLME-NETWORK-FORMA-TION.request原語(yǔ)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新網(wǎng)絡(luò )的建立過(guò)程。然后網(wǎng)絡(luò )層請求MAC層對協(xié)議所規定的信道或由物理層所默認的有效信道進(jìn)行能量檢測掃描，以檢測可能的干擾。網(wǎng)絡(luò )層收到成功的能量檢測掃描結果后，以遞增的方式對所測量的能量值進(jìn)行排序，并舍棄那些能量值超出許可范圍的信道。如果網(wǎng)絡(luò )層找到了合適的信道，則為新建的網(wǎng)絡(luò )選擇一個(gè)PAN標識符，接著(zhù)選擇0x0000作為協(xié)調器的網(wǎng)絡(luò )地址。當網(wǎng)絡(luò )層選定網(wǎng)絡(luò )地址后，通過(guò)向MAC層發(fā)送MLME-START.request原語(yǔ)完成ZigBee網(wǎng)絡(luò )的創(chuàng )建過(guò)程。ZigBee網(wǎng)絡(luò )支持星型網(wǎng)、簇狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)3種網(wǎng)絡(luò )結構，其中網(wǎng)狀網(wǎng)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間都可以進(jìn)行通信，發(fā)送數據報的流程如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157604.htm
2.3 低功耗設計
由于高壓開(kāi)關(guān)柜內是一種高電壓、大電流的環(huán)境，而且一旦開(kāi)始工作不能輕易停止，因此終端節點(diǎn)的低功耗特性，也就是一節普通鋰電池能夠維持終端節點(diǎn)正常工作的時(shí)間長(cháng)短是決定整個(gè)方案成敗的關(guān)鍵。TI公司的ZigBee解決方案從硬件和軟件上保證ZigBee終端節點(diǎn)具有良好的低功耗特性。 ZigBee芯片CC2430是真正意義上的系統單芯片，在單一硅片上集成了處理器內核、射頻收發(fā)器和各種外設，根據工作頻率的不同以及外設是否處于工作狀態(tài)，CC2430可以工作在PM0，PM1，PM2和PM3四種低功耗模式，流耗依次降低，工作在PM3模式下時(shí)，流耗最低可達0.6 A。Z-Stack協(xié)議棧也對低功耗做了很好的支持。ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的終端節點(diǎn)不具備路由功能，處于空閑狀態(tài)時(shí)，它的射頻部分可以關(guān)閉，微處理器可以工作在低功耗的休眠模式。網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)發(fā)給終端節點(diǎn)的數據報，可以先存儲在它的父節點(diǎn)，終端節點(diǎn)每次退出休眠模式后，主動(dòng)詢(xún)問(wèn)它的父節點(diǎn)，是否有它的數據報。Z-Stack協(xié)議棧支持LITE sleep和DEEP sleep兩種低功耗實(shí)現方式。其中，在LITE sleep模式下，終端節點(diǎn)能主動(dòng)退出低功耗模式，完成諸如傳感器數據的讀取并發(fā)送的任務(wù)；在DEEP sleep模式下，終端節點(diǎn)必須由外部中斷信號(如按鍵事件)喚醒。根據實(shí)際工程應用的需要，本文的高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統中的終端節點(diǎn)采用 LITE sleep低功耗模式。
3 現場(chǎng)試用結果
本文設計的基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的溫濕度監測系統在變電所的電容式高壓開(kāi)關(guān)柜內進(jìn)行了現場(chǎng)試用，安裝情況如圖4所示。每個(gè)開(kāi)關(guān)柜內布置 8～10個(gè)ZigBee終端測試節點(diǎn)，用于測試開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)和母線(xiàn)連接部位的溫濕度，整個(gè)配電室內的所有測試節點(diǎn)通過(guò)路由節點(diǎn)組成一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )。終端測試節點(diǎn)大部分時(shí)間處在休眠狀態(tài)，每隔5 min醒來(lái)1次，讀取傳感器溫濕度值，并發(fā)往ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的協(xié)調器節點(diǎn)，協(xié)調器可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)或GPRS等多種接口方式將測量數據發(fā)往后臺管理數據庫。系統在不更換終端節點(diǎn)電池的前提下，已經(jīng)連續正常工作10個(gè)月，預計可以正常工作3年以上。
4 結 語(yǔ)
本文針對高壓開(kāi)關(guān)柜開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)和母線(xiàn)連接等部位溫濕度監測的迫切性及工程現場(chǎng)的特點(diǎn)，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統，實(shí)現對開(kāi)關(guān)柜內關(guān)鍵點(diǎn)位溫濕度監測，有效地防止了重大事故的發(fā)生。系統實(shí)現成本低廉、安裝方便、終端節點(diǎn)功耗低、工作穩定、具有很強的工程實(shí)用性和市場(chǎng)推廣價(jià)值。
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