摘 要： 為了有效解決變電站設備智能識別和實時在線監(jiān)測等問題，設計了基于RuBee/ZigBee技術的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng),。系統(tǒng)以TMS320VC5509處理器為核心,，包括RuBee讀寫模塊、ZigBee無線傳輸模塊,、圖像采集模塊,、溫濕度采集模塊等。系統(tǒng)可以將溫濕度信息,、圖像信息,、電壓和電流信息等通過ZigBee無線傳輸網絡傳送到上位機管理系統(tǒng)。系統(tǒng)解決了在高壓,、高溫,、潮濕等環(huán)境下對變電站設備的實時在線監(jiān)測問題，為用戶提供了一種低成本,、高性能的變電站在線監(jiān)測方式,，同時，對其他相關領域的在線監(jiān)測也具有重要的參考價值,。
關鍵詞： RuBee,；ZigBee,；變電站設備
0 引言
近幾年來物聯網技術在國內外取得了飛速的發(fā)展和廣泛的應用。2010年6月末在上海召開的國際物聯網大會指出,，未來物聯網將成為新興的萬億元級別的全球信息通信產業(yè),。國家電網公司建設的我國第一座220 kV智能變電站于2011年1月在無錫市惠山區(qū)西涇變電站投入運行，整個系統(tǒng)利用物聯網技術建立全站范圍內的傳感測控網絡,，實現了真正意義上的“無人值守和巡檢”[1],。目前ZigBee技術發(fā)展相對成熟，行業(yè)已經制定了規(guī)范標準,，例如工業(yè)監(jiān)測控制領域,，利用ZigBee設備組成的無線傳感器網絡自動地采集各種信息，并將所收集到的數據傳送到上位機系統(tǒng)進行數據的分析和處理,。
隨著物聯網與智能變電站技術的不斷深入,，物聯網技術結合ZigBee網絡建立的傳感測控網絡，使變電站各自獨立的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過統(tǒng)一的通信規(guī)約實現集成應用,。通過ZigBee無線網絡能夠克服有線網絡存在的諸多問題,，通過物聯網技術（RuBee技術）能夠克服在高壓、高溫,、潮濕等環(huán)境下對變電站設備的實時監(jiān)測,，此系統(tǒng)必將成為一種全新的智能變電站設計理念。
1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)硬件部分主要由處理器,、RuBee讀寫模塊,、ZigBee傳輸模塊、溫濕度采集模塊,、圖像采集模塊等構成,，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。
RuBee讀寫模塊負責標識設備生產廠家,、廠家聯系電話,、負責人等相關信息；溫濕度采集模塊負責采集實時溫濕度信息,；圖像采集模塊負責實時采集變電站場景信息,；模擬量采集模塊負責采集電壓、電流信息,；ZigBee網絡負責把溫濕度信息、變電站場景信息等傳送到上位機管理系統(tǒng)（控制中心）,，其系統(tǒng)功能框圖如圖2所示,。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1處理器選型
系統(tǒng)要求CPU應該具有高速的數字信號處理能力，需要對接收到的大量溫濕度信息,、圖像信息等進行實時數據處理,，實現變電站在線監(jiān)測,。據此，系統(tǒng)采用TI公司的TMS320VC5509數字信號處理芯片[2-3],。該芯片是一款具有較高性價比的低功耗DSP芯片,，采用了1.6 V核心電壓以及3.3 V外圍接口電壓，最低可支持0.9 V的核心電壓以0.05 mW/MIP的低功耗運行,。
2.2 RuBee模塊設計
RuBee（IEEE Std 1902.1—2009）作為一種應用于物品識別的新型電子標識技術[4],，具有雙向、非接觸,、可以定制,、點對點傳輸的特點。標準中規(guī)定了系統(tǒng)工作于小于450 kHz的長波波段,，符合標準的設備具有低功耗,、有效通信范圍為0.5~30 m、工作數據速率為300~9 600 b/s等特點,。RuBee模塊工作原理如圖3所示,。RuBee標簽內存有生產廠家、廠家聯系電話,、負責人等相關信息,，在進入電磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號,，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)出存儲在芯片中的基本信息,，閱讀器獲取數據并解碼后送至處理器進行數據處理[5]。
2.3 ZigBee模塊設計
ZigBee模塊負責把溫濕度信息,、變電站場景信息等傳送到上位機管理系統(tǒng),。本系統(tǒng)選用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，片內設有可編程閃存,、8 KB RAM,，具有業(yè)界高性能的RF收發(fā)器和具有代碼預取功能、低功耗,、標準的增強型8051內核[6],。其接線圖如圖4所示。
2.4 圖像采集模塊電路設計
圖像采集模塊負責實時采集變電站場景信息,。本系統(tǒng)采用圖像傳感器OV7670,，它是一款體積小、工作電壓低,、成本低,、功耗低的嵌入式單片CMOS圖像傳感器[7]。工作電壓范圍為2.45~3.0 V,；體積小,，封裝尺寸為3.7 mm×4.2 mm,。其接線圖如圖5所示。
2.5 溫濕度采集模塊電路設計
溫濕度采集模塊負責實時采集溫濕度信息,。本系統(tǒng)選用的是瑞士Sensirion公司設計的溫濕度傳感器SHT11[8],，其工作電壓為2.4～5.5 V，測量精度高且穩(wěn)定性非常強,。其接線圖如圖6所示,。
2.6 RS232串口電路設計
RS232串口能夠實現TMS320VC5509芯片與ZigBee模塊之間的實時通信。本系統(tǒng)采用MAXIM公司生產的MAX3232轉換芯片,，它是一種標準的RS-232收發(fā)器,，工作電壓為3.0~5.5 V。其接線圖如圖7所示,。
3 系統(tǒng)軟件設計
變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)程序流程圖如圖8所示,。若系統(tǒng)準備就緒，開始建立網絡連接,，連接成功后,，ZigBee網絡開始傳輸溫濕度等采集模塊所采集的實時數據，傳輸完畢后,，上位機管理系統(tǒng)對實時數據進行分析與處理,，從而實現實時變電站在線監(jiān)測。
4 結論
針對變電站設備智能識別和實時在線監(jiān)測等問題,，提出了一種基于RuBee/ZigBee技術變電站在線監(jiān)測設計方案,，以TMS320VC5509芯片為核心完成了硬件系統(tǒng)設計，系統(tǒng)能夠將所采集到的實時數據進行分析與處理,，實現變電站實時在線監(jiān)測,。系統(tǒng)克服了在高壓、高溫,、潮濕等環(huán)境下對變電站設備的實時在線監(jiān)測問題,，為用戶提供了一種低成本、高性能的變電站在線監(jiān)測方式,。
參考文獻
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