基于無線傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：針對東莞高科技工業(yè)園的實際情況，提出了一種基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用DSP加ARM結(jié)構(gòu)完成對現(xiàn)場電信號的采集、分析和處理，通過高可靠性ZigBee CC2530模塊實現(xiàn)DSP與ARM間的無線通信，完成數(shù)據(jù)的傳輸。重點介紹了射頻電路及天線的設(shè)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(jié)果表明該系統(tǒng)能滿足工業(yè)園中自動化生產(chǎn)線的精密儀器、設(shè)備的電能質(zhì)量的實時監(jiān)測的要求。
關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監(jiān)測；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；射頻電路；天線；RF性能

0 引言
具有“世界工廠”稱號的東莞，在新的經(jīng)濟形勢下，工業(yè)自動化水平不斷提高，工業(yè)園內(nèi)對電源敏感的高科技電力設(shè)備越來越多，電能質(zhì)量的實時監(jiān)測是提高生產(chǎn)效率、節(jié)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無線
傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網(wǎng)方便、動態(tài)拓撲、低成本、大容量、高可靠性的特點，能很好地滿足高科技工業(yè)園電能質(zhì)量實時監(jiān)測的實際需要。

1 系統(tǒng)概述
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由數(shù)據(jù)采集節(jié)點，ARM9S3C2440控制模塊(匯聚節(jié)點)、本地上位機、遠程監(jiān)測管理中心組成，數(shù)據(jù)采集節(jié)點分布在每個需要監(jiān)測的電源點，比如：每臺精密加工設(shè)備，每臺變頻調(diào)速驅(qū)動器，自動化生產(chǎn)線等；S3C2440模塊(匯聚節(jié)點)分布在離數(shù)據(jù)采集節(jié)點約40 m距離的范圍內(nèi)，本地上位機分布在各廠監(jiān)控室，遠程監(jiān)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(shù)據(jù)采集節(jié)點：由電壓、電流互感器、信號調(diào)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(zhuǎn)換成適合A／D轉(zhuǎn)換的交流小信號，經(jīng)濾波后輸入到A／D轉(zhuǎn)換器，DSP讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果并進行相關(guān)電能質(zhì)量參數(shù)運算和分析，分析結(jié)果通過CC2530無線通信模塊傳送至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(yīng)。
(2)S3C2440模塊(匯聚節(jié)點)：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統(tǒng)下位機的管理控制中心，負責(zé)數(shù)據(jù)采集節(jié)點和本地上位機之間的通信與數(shù)據(jù)交換，ZigBee模塊作為協(xié)調(diào)器，負責(zé)通信鏈路及路由的建立以及數(shù)據(jù)包協(xié)議轉(zhuǎn)換等。
(3)本地上位機：本地使用PC作為上位機，完成數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示及存儲等功能。
(4)遠程監(jiān)測管理中心：遠程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)接入本地上位機的服務(wù)器平臺，通過“終端一服務(wù)器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享。