無(wú)線(xiàn)傳輸的電能質(zhì)量監測系統電路

　　電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測是提高生產(chǎn)效率、節能減排、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，本文針對東莞高科技產(chǎn)業(yè)園對電能質(zhì)量的要求，提出了一種基于ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監測系統。該系統不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網(wǎng)方便、動(dòng)態(tài)拓撲、低成本、大容量、高可靠性的特點(diǎn)，能很好地滿(mǎn)足高科技工業(yè)園電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監測的實(shí)際需要。

　　系統概述

　　系統結構如圖1所示，由數據采集節點(diǎn)，ARM9S3C2440控制模塊（匯聚節點(diǎn)）、本地上位機、遠程監測管理中心組成，數據采集節點(diǎn)分布在每個(gè)需要監測的電源點(diǎn)，比如：每臺精密加工設備，每臺變頻調速驅動(dòng)器，自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等；S3C2440模塊（匯聚節點(diǎn)）分布在離數據采集節點(diǎn)約40 m距離的范圍內，本地上位機分布在各廠(chǎng)監控室，遠程監測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）數據采集節點(diǎn)：由電壓、電流互感器、信號調理電路、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、電流信號轉換成適合A／D轉換的交流小信號，經(jīng)濾波后輸入到A／D轉換器，DSP讀取A／D轉換結果并進(jìn)行相關(guān)電能質(zhì)量參數運算和分析，分析結果通過(guò) CC2530無(wú)線(xiàn)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。

　　（2）S3C2440模塊（匯聚節點(diǎn)）：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門(mén)狗、時(shí)鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統下位機的管理控制中心，負責數據采集節點(diǎn)和本地上位機之間的通信與數據交換，ZigBee模塊作為協(xié)調器，負責通信鏈路及路由的建立以及數據包協(xié)議轉換等。

　　（3）本地上位機：本地使用PC作為上位機，完成數據收集、數據分析、結果顯示及存儲等功能。

　　（4）遠程監測管理中心：遠程用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)接入本地上位機的服務(wù)器平臺，通過(guò)“終端一服務(wù)器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實(shí)現數據和信息的共享。

　　線(xiàn)收發(fā)器

　　在常用的無(wú)線(xiàn)傳感協(xié)議中，ZigBee以其覆蓋范圍寬、容量大、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、網(wǎng)絡(luò )可自由擴展、聯(lián)網(wǎng)耗時(shí)低、安全、低功耗、低成本等優(yōu)勢受到更多的關(guān)注，本系統選用CC2530 ZigBee模塊作為無(wú)線(xiàn)收發(fā)器，CC2530是TI在2009年推出的，在CC2430的基礎上根據CC2430實(shí)際應用的一些問(wèn)題做了一些改進(jìn)，存儲容量最大支持到256 KB，可編程的輸出功率高達4．5 dBm，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，通信距離最遠可以達到400 m，對于中小型工廠(chǎng)，不用外加功放來(lái)擴展距離，只需要一個(gè)匯聚節點(diǎn)即可滿(mǎn)足全廠(chǎng)范圍內的電能質(zhì)量監測，強大的5通道DMA控制器使硬件外設能實(shí)現數據的高效傳輸，從而滿(mǎn)足系統實(shí)時(shí)監測的需求。

　　CC2530電路原理如圖2所示，CC2530與S3C2440通過(guò)UART0連接，與DSP通過(guò)串口連接。電路中的C251，C261，L1共同作用為 CC2530的內部PA和LNA提供直流偏置，C252，L261和C262，L252分別是LC巴倫電路的低通濾波電路和高通濾波電路，它們負責差分信號和單端信號之間的轉換和阻抗匹配，L2，C1，L3是pi型濾波電路。

　　本文提出的基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的大型工業(yè)園電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監測系統，利用ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸模塊實(shí)現ARM與DSP之間的通信，省去了復雜的布線(xiàn)環(huán)節，節約了大量的精力和成本，在實(shí)際組網(wǎng)點(diǎn)對點(diǎn)通信測試中，無(wú)線(xiàn)傳輸模塊的室外直線(xiàn)傳播距離超過(guò)300 m，室內有障礙時(shí)傳播距離超過(guò)40 m，最大傳輸時(shí)延小于80 ms，具有自組網(wǎng)功能。該系統可對電網(wǎng)諧波的有效值、功率及功率因數、諧波畸變率、諧波含有率、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡度等多種電能質(zhì)量參數進(jìn)行測量。系統具有低成本，高可靠性，高容量、組網(wǎng)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于工業(yè)園中自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)精密儀器、設備的電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測，對高科技工業(yè)園提高生產(chǎn)效率，節能減排具有實(shí)際意義。