基于無(wú)線(xiàn)傳輸的電能質(zhì)量監測系統

摘要：針對東莞高科技工業(yè)園的實(shí)際情況，提出了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監測系統。系統采用DSP加ARM結構完成對現場(chǎng)電信號的采集、分析和處理，通過(guò)高可靠性ZigBee CC2530模塊實(shí)現DSP與ARM間的無(wú)線(xiàn)通信，完成數據的傳輸。重點(diǎn)介紹了射頻電路及天線(xiàn)的設計，分析了電磁兼容及抗干擾措施，采用SmanRF Studio 7驗證電路的RF性能，測試結果表明該系統能滿(mǎn)足工業(yè)園中自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)的精密儀器、設備的電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監測的要求。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監測；無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )；射頻電路；天線(xiàn)；RF性能

0 引言
具有“世界工廠(chǎng)”稱(chēng)號的東莞，在新的經(jīng)濟形勢下，工業(yè)自動(dòng)化水平不斷提高，工業(yè)園內對電源敏感的高科技電力設備越來(lái)越多，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。

1 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。