摘  要： 為了有效解決變電站設備智能識別和實時在線監測等問題，設計了基于RuBee/ZigBee技術的變電站在線監測系統。系統以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。系統解決了在高壓、高溫、潮濕等環境下對變電站設備的實時在線監測問題，為用戶提供了一種低成本、高性能的變電站在線監測方式，同時，對其他相關領域的在線監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。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月在無錫市惠山區西涇變電站投入運行，整個系統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技術發展相對成熟，行業已經制定了規范標準，例如工業監測控制領域，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測系統通過統一的通信規約實現集成應用。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、潮濕等環境下對變電站設備的實時監測，此系統必將成為一種全新的智能變電站設計理念。

1 系統總體設計

　　系統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（控制中心），其系統功能框圖如圖2所示。

2 系統硬件設計

　　2.1處理器選型

　　系統要求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，實現變電站在線監測。據此，系統采用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。標準中規定了系統工作于小于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，接收閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發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。本系統選用CC2530芯片作為ZigBee模塊的核心，片內設有可編程閃存、8 KB RAM，具有業界高性能的RF收發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。本系統采用MAXIM公司生產的MAX3232轉換芯片，它是一種標準的RS-232收發器，工作電壓為3.0~5.5 V。其接線圖如圖7所示。

3 系統軟件設計

　　變電站在線監測系統程序流程圖如圖8所示。若系統準備就緒，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，上位機管理系統對實時數據進行分析與處理，從而實現實時變電站在線監測。

4 結論

　　針對變電站設備智能識別和實時在線監測等問題，提出了一種基于RuBee/ZigBee技術變電站在線監測設計方案，以TMS320VC5509芯片為核心完成了硬件系統設計，系統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測。系統克服了在高壓、高溫、潮濕等環境下對變電站設備的實時在線監測問題，為用戶提供了一種低成本、高性能的變電站在線監測方式。

參考文獻

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　　[2] 李偉，林旭梅.基于DSP的交流電機伺服控制器設計[J].微型機與應用，2010，29（16）：17-20.

　　[3] 劉永春.基于DSP和ARM的車牌識別系統設計[J].微型機與應用，2012，31（22）：80-82.

　　[4] 熊春如.基于RuBee的智能數據采集終端的研究與設計[J].電氣自動化，2008，30（5）：54-56.

　　[5] 單玉峰，姚磊.無線射頻識別（RFID）系統技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2008.

　　[6] Chipcon semiconductor． Application note AN040 folded dipole antenna for CC2500， CC2520， CC2530 and CC2531．[EB/OL].[2012-12-29]（2014-05-02）.http：//www.ti.com/lsds/ti/wireless_connectivity/overview.pape.

　　[7] Altera Corporation．Quatus II Reference Hand book[EB/OL].[2012-12-30]（2014-05-02）．www. altera.com.cn/？rd=en.

　　[8] 張艷麗，楊仁弟．數字溫濕度傳感器SHT11及其應用[J]．工礦自動化，2007（3）：113-114.