基于Zigbee的低壓設(shè)備能耗與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì).pdf

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1、第10期總第220期農(nóng)業(yè)科技與裝備N0．10Tota1N0．2202012年10月Agricultur~Science&TechnologyandEquipmentoct．2012基于Zigbee的低壓設(shè)備能耗與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)吳迪迪，竇文雷，王海鰲。(1．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，沈陽110866；2．遼寧省電力公司發(fā)展策劃部，沈陽110008；3．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)基建處，沈陽110866)摘要：為了對智能樓宇內(nèi)用電設(shè)備所產(chǎn)生的功耗及諧波污染情況進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而為智能樓宇降低功耗、提高用電效率提供參數(shù)依據(jù)．設(shè)計(jì)了基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的功耗與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)由電力監(jiān)測模塊和Z

2、igbee網(wǎng)絡(luò)模塊組成，二者分別實(shí)現(xiàn)信號的檢測和傳輸功能，共同構(gòu)成一個(gè)完整的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。主要介紹Zigbee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和電力監(jiān)測方法，設(shè)計(jì)基于三星$3C2410嵌入式處理器的諧波與功耗監(jiān)測模塊，論述Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊的軟硬件設(shè)計(jì)并建立星型網(wǎng)絡(luò)連接。經(jīng)試驗(yàn)檢測，設(shè)備可監(jiān)控和累計(jì)用電設(shè)備的電能損耗及諧波污染情況，并通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)。關(guān)鍵詞：能耗與諧波監(jiān)測：ARM；Zigbee；電能質(zhì)量中圖分類號：TM76文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674一l161(2012)10—0044—03智能樓宇是一種注重節(jié)能環(huán)保，而且對自動化、者的通信由串口完成。智能化程度要求較高的新型

3、建筑形式。這種建筑對用2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電設(shè)備的綠色環(huán)保和高效使用要求較高。因此，需要數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊利用電壓、電流互感器從現(xiàn)場感知對建筑內(nèi)部用電設(shè)備的功耗及諧波污染情況進(jìn)行監(jiān)信號，并通過調(diào)理電路(電壓／電流檢測，信號放大，抗測，以便隨時(shí)掌握其電能損耗和電力干擾情況，為其混疊濾波)將信號調(diào)整到后續(xù)電路能接受的范圍，然節(jié)能改造工程提供參數(shù)依據(jù)。在此情況下，設(shè)計(jì)了基后由控制分析電路對監(jiān)測模塊采集到的信號進(jìn)行處于Zigbee的無線功耗與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)為分理。布式信號采集節(jié)點(diǎn)?？煞謩e插在不同的電源插座上與Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊設(shè)計(jì)采用底板和射頻板分離的用電器相連，并同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果通過無線

4、方方式，在底板上設(shè)計(jì)各種功能外設(shè)，在射頻板上完成式發(fā)送至上位機(jī)，并進(jìn)行顯示。采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊主芯片的配置和微帶線設(shè)計(jì)。不同模塊間的連接關(guān)系進(jìn)行信號傳輸，單點(diǎn)覆蓋距離為50—100Ill，且可根據(jù)如圖1所示。覆蓋面積增加協(xié)調(diào)器的數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)理論上可達(dá)1000個(gè)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域的全面覆蓋。1節(jié)點(diǎn)整體設(shè)計(jì)方案監(jiān)測節(jié)點(diǎn)由監(jiān)測模塊和Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊組成。其中，監(jiān)測模塊對電壓、電流有效值，功率，電量和20次以內(nèi)的諧波含量信息進(jìn)行采集和處理，并對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對超標(biāo)的數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警提示。由于采集諧波信號時(shí)，需要大量的采樣點(diǎn)數(shù)和快速的運(yùn)算圖1功能模塊連接圖速度，因此系統(tǒng)采用FF

5、T運(yùn)算方法結(jié)合漢寧窗函數(shù)Figure1Connectionchartoffunctionalmodule和雙鋒譜線插值修正算法對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行修正，信號2．1功耗與諧波監(jiān)測模塊采集精確度高。硬件由調(diào)理電路、頻率跟蹤電路和鎖檢測模塊電路主要包括電壓、電流互感器．信號相環(huán)同步電路等組成。Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊由底板和無線調(diào)理電路，頻率跟蹤電路，鎖相同步電路，按鍵部分電射頻發(fā)送模塊兩部分組成，具有信息無線發(fā)送功能。路及各種接口電路等。為方便節(jié)點(diǎn)升級，單獨(dú)設(shè)計(jì)監(jiān)測模塊和網(wǎng)絡(luò)模塊，二2．1_1微控制器中央處理器為韓國三星電子公司的$3C2410。該處理器基于ARM920T內(nèi)核，主頻200MHz，5

6、級流水線．支持32位ARM指令集和l6位收稿日期：2012—08—08作者簡介：吳迪迪(1986一)，男，碩士，從事物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力Thumb指令集：內(nèi)核電壓1．8V．平均功耗0．7MW／MHz，監(jiān)測中的應(yīng)用研究。主要面向手持式設(shè)備及高性價(jià)比、低功耗的應(yīng)用。該2012年第10期吳迪迪等：基于Zigbee的低壓躚設(shè)備能臼2耗與諧波監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)45芯片主要對監(jiān)測模塊采集到的信號特征量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)頻輸出電路，CD4046的AIN輸入信號為電網(wǎng)周期信評估，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)諧波狀況診斷。號，BIN輸入信號為反饋信號。當(dāng)BIN反饋信號的頻2．1．2信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路主要包括電壓檢率低于AIN輸入信號時(shí)

7、，Vcout輸出信號的頻率將不測電路、低通濾波電路和電平偏移加法電路，其電路斷提高，直至BIN反饋信號的頻率和AIN的輸人信如圖3所示。號頻率相等。從圖3可知，BIN信號由AIN信號經(jīng)過信號采集和調(diào)理模塊主要包括電流型電壓互感128分頻所得。當(dāng)BIN反饋信號和AIN輸入信號同步器和電流互感器，對電壓和電流進(jìn)行采集。同時(shí)，為了時(shí)．Vcout輸出頻率正好為輸入信號頻率的128倍，便于頻率監(jiān)測，設(shè)計(jì)了測頻電路。當(dāng)采樣頻率不能滿完成倍頻工作。足奈奎斯特采樣定理時(shí)，