無線傳感器技術在變壓器狀態監測係統中的應用
科技縱橫
作者：馮贇
在電力係統的信息化過程中，變壓器是導致電力係統事故比較多的設備之一，變壓器的故障將給電力係統帶來災難性的影響，目前變壓器狀態在線監測係統多采用RS485總線設計，但485總線采用的是主從式通信，通信期間如果下位機出現故障，隻能采用主機輪循查詢，故障不能及時得到反饋。而使用無線傳感器技術可以解決當下位機出現故障時，下位機能及時通知主機並有效地處理事故。
一、係統原理
采用無線傳感器技術將會使變壓器狀態在線監控的數據傳輸的穩定性、安全性等各方麵指標得以提高。目前無線傳感器技術主要方向是ZigBee技術，ZigBee是一種強調極低耗電、極低成本的短距離無線網絡技術，傳輸速度為20-250kbps。ZigBee采用DSSS技術，功耗更低。ZigBee產品可使用數月至數年之久，這一點非常適合該係統。
二、係統總體架構
以微處理器技術為核心，由無線傳感器，數據采集，通訊係統和分析軟件4大模塊組成。傳感器將采集到的振動，噪音，電流，電壓等被測信號經數據采集模塊處理後，通過ZigBee協議傳到路由器，其上層分析軟件采用c#編製的監控程序對數據進行讀取，存儲，分析，做出判斷。
三、係統硬件實現
係統硬件實現分為獲取狀態信息的數據采集模塊和基於ZigBee協議的數據通訊兩大模塊。
數據采集模塊主要有傳感器，信號調理電路，濾波電路，A/D轉換電路，DSP和RAM組成。傳感器獲取的模擬信號先通過調理電路和濾波電路處理，然後通過A/D芯片MAX125轉換為數字信號。DSP將數字信號存入RAM，然後通過ZigBee傳送給路由器，有相應的軟件進行分析。
數據通訊模塊以硬件芯片CC2430為核心，選擇貼片小封裝器件設計電路，使用PCB無線收發天線，最大限度的縮小模塊體積。在使用PCB天線的情況下，該係統可視通信距離可達60米。數據采集器工作過程是定時讀取數據，通過相應的傳感器讀取脈衝個數，將數據通過ZigBee通信模塊發送至路由器。
四、係統軟件實現
（一）ZigBee協議棧
本次硬件設計選擇的是TI公司的片上係統（SOC） CC2430，因此在軟件設計中應用了TI公司提供的Zigbee協議棧。它隨著Zigbee無線協議棧規範的發展而不斷更新。該協議棧有如下特點：使用支持2.4GHZ頻帶的TI CC2430 片上係統；支持終端設備和協調器；在協調器節點中實現對鄰接表和綁定表的非易失性存儲；支持非時隙的星狀網絡；可以在大多數PIC18係列單片機之間進行移植；易於添加或刪除特定模塊的模塊化設計。