應(yīng)用ZigBee技術(shù)的變電站周界安全監(jiān)控系統(tǒng)

呂 劍，楊俊杰，魏春娟

（上海電力學(xué)院電力與自動(dòng)化工程學(xué)院，上海 200090）

隨著電網(wǎng)自動(dòng)化程度要求的不斷提高，變電站已基本實(shí)現(xiàn)無人值守。無人值守變電站的實(shí)施提高了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，同時(shí)也給變電站帶來了安全隱患，致使電力設(shè)備、電力線路的安全防盜無法有效地執(zhí)行。因此，及時(shí)識(shí)別變電站周界是否有人闖入對(duì)保障電網(wǎng)安全具有重要意義。

目前，無人值守變電站周界防盜報(bào)警技術(shù)主要有高壓電網(wǎng)技術(shù)、脈沖電子圍欄技術(shù)和紅外電子圍欄防盜報(bào)警技術(shù)。上述各種報(bào)警系統(tǒng)多采用有線方式將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集到的報(bào)警信息傳輸至監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程通信方式有光纖、電力載波、有線電纜、公網(wǎng)等方式，其特點(diǎn)是傳輸可靠、抗干擾性強(qiáng)。然而，變電站占地面積比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這就給線路鋪設(shè)、設(shè)備安裝及維護(hù)等工作帶來很大不便。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和無線設(shè)備的成熟，可使用基于ZigBee技術(shù)（紫蜂技術(shù)）的無線傳感網(wǎng)絡(luò)方案解決有線網(wǎng)絡(luò)存在的問題［1］。

基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee技術(shù)具有自組織性、動(dòng)態(tài)拓?fù)洹⒐牡?、相?duì)靈活等特點(diǎn)［2，3］，適用于不方便布線、低功耗等要求的場(chǎng)合，只需在變電站周界圍墻上合理放置無線傳感器節(jié)點(diǎn)即可監(jiān)測(cè)變電站周界安全狀況，省去了布線的環(huán)節(jié)，可以大量節(jié)約成本和精力。基于此，本文構(gòu)建一種基于ZigBee技術(shù)的變電站周界安全防盜報(bào)警系統(tǒng)，并將先進(jìn)的激光技術(shù)、GPRS無線通信技術(shù)［4］（general packet radio service，通用無線分組業(yè)務(wù)）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)融合在其中，實(shí)現(xiàn)無人值守變電站周界的安全監(jiān)測(cè)與快速報(bào)警。

1 系統(tǒng)工作原理

基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無人值守變電站周界安全監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)由激光探照燈圍欄防盜子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心監(jiān)控子系統(tǒng)兩部分組成。激光圍欄防盜子系統(tǒng)由激光圍欄、ZigBee通信模塊、報(bào)警單元組成；數(shù)據(jù)中心控制子系統(tǒng)由中心控制主機(jī)、服務(wù)器、ZigBee通信模塊組成。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the whole system

本系統(tǒng)采用激光設(shè)欄，在變電站周界上安裝一定數(shù)量嵌入了ZigBee模塊的激光發(fā)射器和接收器，通過發(fā)射器發(fā)射出多道平行的不可見激光射線，與接收器形成一個(gè)光回路，從而組成一個(gè)環(huán)形激光圍欄，即變電站周界警戒區(qū)域。當(dāng)入侵者穿過警戒區(qū)域試圖進(jìn)入變電站時(shí)，會(huì)隔斷激光射線回路，接收電路檢測(cè)到異常情況，產(chǎn)生中斷啟動(dòng)報(bào)警單元進(jìn)行聲光報(bào)警，并編碼通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的控制主機(jī)接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，該信號(hào)通過串口在服務(wù)器上運(yùn)行的安防信息管理軟件指示準(zhǔn)確的入侵方位。同時(shí)，系統(tǒng)在第一時(shí)間通過GSM網(wǎng)絡(luò)相關(guān)管理人員發(fā)送手機(jī)報(bào)警短信，值班人員也可以通過手機(jī)短信控制中心控制主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無人值守變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括激光圍欄的實(shí)現(xiàn)，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的安置，探照燈和高音喇叭組成的聲光報(bào)警單元的設(shè)計(jì)以及監(jiān)控中心的中心控制主機(jī)電路設(shè)計(jì)。下面就其中比較重要的部分分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 激光圍欄防盜子系統(tǒng)

激光圍欄防盜子系統(tǒng)位于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)支持平臺(tái)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮可靠性、擴(kuò)展性和靈活性和穩(wěn)定性。傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由信息報(bào)警模塊、采集模塊、微處理模塊、無線通信模塊、電源模塊5個(gè)部分組成。該系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集成了信息采集、數(shù)據(jù)處理和無線通信等功能，能夠迅速、可靠地采集變電站非法入侵的信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警單元，并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控中心。此外，ZigBee射頻模塊還可以接收來自值班室控制主機(jī)發(fā)出的控制命令，執(zhí)行相應(yīng)的功能。

圖2 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)Fig.2 Node structure of the wireless sensor network

2.1.1 信息采集模塊

該模塊的功能是采集入侵信息，由于激光光束發(fā)散角小，能耗低，方向性好，光束集中，功率密度大，光線穿透力強(qiáng)，不受太陽光、燈光、雨、霧、雪、沙塵、電磁、雷電、電波等干擾，所以采用激光作為傳輸媒體進(jìn)行信息采集［5］。即在變電站圍墻上安裝一定數(shù)量的豎桿狀的激光器和激光接收終端，組成一個(gè)環(huán)形激光圍欄以實(shí)現(xiàn)對(duì)入侵者的識(shí)別。圍欄的每個(gè)單元相距10～100m（具體長度由實(shí)際安裝位置確定），沿豎桿方向包含4對(duì)平行的激光器和激光接收器（相距20cm），即每個(gè)單元包含4束平行的激光。激光束形成警戒區(qū)域示意圖如圖3所示。

圖3 激光束形成警戒區(qū)域Fig.3 Laser alerting zone

每個(gè)單元由激光器、激光接收器和檢測(cè)電路組成。激光器和激光接收器均封裝在管殼內(nèi)，當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，激光器發(fā)出經(jīng)脈沖調(diào)制的、占空比很高的激光束，接收器接收后由檢測(cè)電路完成光電轉(zhuǎn)換同時(shí)加以某種形式的放大和控制輸出穩(wěn)定的方波信號(hào)。當(dāng)有人越過警戒線時(shí)，光路被阻斷，接收器輸出高電平。因此，通過檢測(cè)接收器的輸出信號(hào)變化便可以判斷是否有報(bào)警信號(hào)。這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高檢測(cè)電路的抗干擾能力和傳輸效率。同時(shí)為了排除小動(dòng)物經(jīng)過時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)誤報(bào)警現(xiàn)象的發(fā)生，檢測(cè)電路對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行采集、處理，當(dāng)有兩束或者以上光線被阻擋時(shí)，系統(tǒng)才啟動(dòng)報(bào)警單元，從而有效地排除了干擾，減少了誤報(bào)率。

2.1.2 ZigBee無線通信模塊設(shè)計(jì)

通信模塊采用MaxStream公司推出的兼容ZigBee／802.15.4協(xié)議的 RF模塊 XBee／XBee－PRO。該模塊設(shè)計(jì)滿足IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率2.4GHz。XBee模塊的基本性能參數(shù)如下：發(fā)送功率1mW，接收靈敏度－92dBm，室內(nèi)傳輸距離30 m，室外傳輸距離100m，RF數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb／s；在3.3V電源下，發(fā)送電流45mA，接收電流50mA；在網(wǎng)絡(luò)性能方面，具有DSSS（直接序列擴(kuò)頻）功能，可組成對(duì)等網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，12個(gè)軟件可選的直接序列信道，每個(gè)信道具有65000個(gè)可用網(wǎng)絡(luò)地址等［6～8］。XBee－PRO 模塊是XBee模塊的加強(qiáng)型產(chǎn)品，其傳輸距離大于XBee，同時(shí)發(fā)送功率、工作電流等也比XBee大，但是二者在引腳、操作模式等方面完全兼容。通信模塊采用51單片機(jī)控制，XBee／XBee－PRO模塊在該部分與單片機(jī)接口電路如圖4所示，RXD、TXD代表單片機(jī)的引腳。

圖4 XBee模塊與單片機(jī)接口電路Fig.4 Interface circuit between single－chip microcomputer and XBee

ZigBee有2種物理設(shè)備包括具有完全功能的設(shè)備（FFD）、僅具有簡單功能的設(shè)備（RFD），F(xiàn)FD可以作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)者、路由、設(shè)備終端，而RFD只適用于作設(shè)備終端。ZigBee可以組成三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形結(jié)構(gòu)（Star）、簇狀結(jié)構(gòu)（Cluster tree）和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（Mesh）。

基于星型或樹型的“點(diǎn)到點(diǎn)”或“點(diǎn)到多點(diǎn)”單跳無線技術(shù)相對(duì)簡單、建網(wǎng)容易，但是表現(xiàn)出通信距離短和中心節(jié)點(diǎn)負(fù)荷過重等固有的局限性。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)也稱為“多跳（multi－h(huán)op）”網(wǎng)絡(luò)，該架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自組織的多跳路由，使系統(tǒng)的靈活性和健壯性加強(qiáng)。所以該系統(tǒng)采用Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)［9］，如圖5所示。終端節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)激光圍欄防盜子系統(tǒng)各測(cè)試點(diǎn)的信息采集和傳送；路由節(jié)點(diǎn)不僅具有路由的功能，還能夠發(fā)送、接收信息，并將信息轉(zhuǎn)播給它的鄰居；中心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立整個(gè)網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)建立成功后，作為路由節(jié)點(diǎn)使用，接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)并通過串口傳送至服務(wù)器端，同時(shí)在需要時(shí)，負(fù)責(zé)向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令。

圖5 網(wǎng)狀（Mesh）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銯ig.5 Mesh－Topology network

Mesh網(wǎng)絡(luò)具備自組織、自愈功能，其路由可自動(dòng)建立和維護(hù)，具有更好的故障恢復(fù)性；而且，Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的多跳路由方式減輕了中心節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷，并且本系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)備用中心節(jié)點(diǎn)，一旦系統(tǒng)中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)不可自愈故障，則系統(tǒng)進(jìn)行重新上電初始化后啟用備用中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重建，從而保證通信的可靠性。

2.2 數(shù)據(jù)中心監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該部分位于監(jiān)控中心的中央控制室，負(fù)責(zé)接收、處理現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)激光圍欄防盜子系統(tǒng)發(fā)來的報(bào)警信息、狀態(tài)信息等，并將處理后的報(bào)警信息、監(jiān)控指令分別發(fā)往各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)。主要由ZigBee通信單元（協(xié)調(diào)器）、中心控制主機(jī)和服務(wù)器組成。

ZigBee協(xié)調(diào)器即中心節(jié)點(diǎn)，是ZigBee網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)采集子系統(tǒng)的接口，組建整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，作為系統(tǒng)的核心負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。中心控制主機(jī)由單片機(jī)、電源模塊、信號(hào)處理模塊、ZigBee通信模塊、GPRS通信模塊等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)ZigBee通信模塊的控制，及時(shí)喚醒中心節(jié)點(diǎn)以接收現(xiàn)場(chǎng)子節(jié)點(diǎn)發(fā)來的信號(hào)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而發(fā)出控制命令。服務(wù)器上運(yùn)行的安防信息管理軟件可以在實(shí)時(shí)顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，并在系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)記錄報(bào)警信息，供隨時(shí)查詢顯示。一旦檢測(cè)到入侵信號(hào)，數(shù)據(jù)中心監(jiān)控子系統(tǒng)的ZigBee通信單元會(huì)立即被喚醒接收?qǐng)?bào)警信息，系統(tǒng)一方面通過服務(wù)器串口接收入侵信息，在服務(wù)器上運(yùn)行的安防信息管理軟件的人機(jī)界面將顯示具體入侵地點(diǎn)和方位，另一方面通過GSM網(wǎng)絡(luò)［10］，將報(bào)警信號(hào)以短信形式通知值班人員。

單片機(jī)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。與通訊相關(guān)的三個(gè)部分為：ZigBee無線模塊、GPRS通訊模塊以及PC機(jī)通訊模塊，它們都需要通過串口與單片機(jī)AT89S52相連。但是AT89S52只有一個(gè)串口，本系統(tǒng)中利用成都國騰微電子有限公司的串口擴(kuò)展芯片GM8123來實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展功能［11］。GM8123把主控制器的一個(gè)串口擴(kuò)成3個(gè)，并能通過外部引腳控制串口擴(kuò)展模式：單通道工作模式和多通道工作模式，即可以指定其中的一個(gè)子串口和母串口以相同的波特率單一的工作，也可以讓所有子串口在母串口波特率基礎(chǔ)上分頻同時(shí)工作。其電路框圖如圖6所示。

圖6 串口擴(kuò)展框圖Fig.6 Serial extended diagram

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件主要由三部分組成以實(shí)現(xiàn)三方面基本功能：

（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)和通訊；

（2）采集節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)采集現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)的狀態(tài)信息和發(fā)送報(bào)警信息；

（3）安防信息管理軟件開發(fā)：協(xié)調(diào)器接收路由器和終端節(jié)點(diǎn)發(fā)來的狀態(tài)信息和報(bào)警信息，通過串口傳給服務(wù)器后，在服務(wù)器的顯示器上顯示具體入侵位置，并進(jìn)行短信告警。

3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)

基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee無線通信采用免費(fèi)的2.4GHz信道，將多個(gè)節(jié)點(diǎn)信息集中于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)的中心協(xié)調(diào)器，通過協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程傳輸所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。XBee－PRO有空模式、接收模式、發(fā)送模式、睡眠模式和命令模式等5種操作模式。在不需要通信的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)，此時(shí)能耗可能只有正常工作狀態(tài)的千分之一。ZigBee從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換到活躍狀態(tài)一般只需十幾毫秒，而且由于使用直接擴(kuò)頻而不是跳頻技術(shù)，重新接入信道的時(shí)間也很快［12］建立。協(xié)調(diào)器首先進(jìn)行信道掃描，采用一個(gè)其他網(wǎng)絡(luò)沒有使用的空閑信道，同時(shí)規(guī)定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)，如最大的RFD數(shù)、路由算法等。協(xié)調(diào)器起動(dòng)后，其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只要將自己的信道設(shè)置成與現(xiàn)有協(xié)調(diào)器使用的信道相同，并提供正確的認(rèn)證信息，即可請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)建成后，協(xié)調(diào)器處于休眠狀態(tài)，如果有入侵信息，則被喚醒開始數(shù)據(jù)的收發(fā)工作及各種操作指令的執(zhí)行，程序流程如圖7所示。

圖7 協(xié)調(diào)器軟件流程Fig.7 Software flow of coordinator

3.2 采集節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

節(jié)點(diǎn)采用串口通信模式，利用中斷完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。當(dāng)有人入侵時(shí)，激光接收終端檢測(cè)到電平信號(hào)發(fā)生變化，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)蘇醒，與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信并進(jìn)行入侵信息的上報(bào)；否則處于休眠狀態(tài)，進(jìn)行低功率信道監(jiān)測(cè)，拒絕接受非法的連接訪問請(qǐng)求，以降低每個(gè)ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗。同時(shí)也能降低接入?yún)f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)時(shí)消息碰撞的概率，極大地增加了傳感器網(wǎng)絡(luò)容量。

按照硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件編程的基本思路是：先對(duì)串口、ZigBee模塊初始化，然后無線模塊進(jìn)入休眠工作模式，等待接收協(xié)調(diào)器發(fā)來的命令并執(zhí)行，出現(xiàn)警情時(shí)候，立即被喚醒接收?qǐng)?bào)警信息并發(fā)送。發(fā)送和接收程序流程圖如圖8。

3.3 安防信息管理軟件開發(fā)

安防信息管理軟件可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息的可視化，進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置和查詢等功能，該軟件是以Visual C＋＋6.0為開發(fā)平臺(tái)，SQL Server為后端數(shù)據(jù)庫開發(fā)的。在VC＋＋中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，如引入ADO類，添加打開和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接的函數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問、修改等操作。圖9是安防信息管理軟件的主界面，所實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）菜單操作：主菜單中有“用戶管理”、“參數(shù)設(shè)置”、“查詢”、“幫助”四項(xiàng)，每項(xiàng)下面分別設(shè)有下拉子菜單。主菜單對(duì)應(yīng)主模塊，子菜單對(duì)應(yīng)子模塊。分別實(shí)現(xiàn)增加、刪除、修改用戶信息，用戶權(quán)限設(shè)置，查詢報(bào)警記錄、用戶名及幫助功能。

圖8 節(jié)點(diǎn)軟件流程Fig.8 Software flow of the node

（2）報(bào)警方位顯示：獲得實(shí)時(shí)報(bào)警信息，對(duì)入侵位置進(jìn)行聲音和動(dòng)畫的提示。按照實(shí)際要安裝該系統(tǒng)的變電站形狀，繪制變電站拓?fù)鋱D，用來實(shí)時(shí)顯示N對(duì)激光圍欄的工作狀態(tài)，一旦某段激光回路被阻斷，該段線路會(huì)不停閃爍并伴有蜂鳴聲，值班人員可以立即確定入侵位置，以便采取措施。

（3）報(bào)警裝置控制：清除屏幕閃爍的報(bào)警線路，控制探照燈開關(guān)。

（4）短信收發(fā)：實(shí)現(xiàn)短信的收發(fā)功能，一旦有警情出現(xiàn)，系統(tǒng)自動(dòng)向相關(guān)用戶發(fā)送信息告警。

圖9 變電站安防信息管理軟件Fig.9 Security information management software of substation

利用菜單和窗口方式將程序的功能全部顯示在屏幕上，易于操作，一目了然。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取湖南省張家界某變電站作為實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證該系統(tǒng)在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的工作可靠性和穩(wěn)定性。

在該變電站周界分別安裝了18對(duì)激光圍欄作為測(cè)試節(jié)點(diǎn)，如上圖9所示。根據(jù)該變電站的形狀，在變電站周界圍墻上分別配置安裝了4對(duì)相距10 m，4對(duì)相距30m，10對(duì)相距60m和2對(duì)相距100 m的激光圍欄，在監(jiān)控中心的四周放置了4個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，組成一個(gè)小型Mesh網(wǎng)絡(luò)。人為不定時(shí)越過激光圍欄時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警的同時(shí)，在顯示器上顯示具體入侵位置，同時(shí)，GPRS模塊將報(bào)警信息發(fā)送到值班人員手機(jī)。測(cè)試系統(tǒng)性能如下。

圖10 誤碼率測(cè)試Fig.10 Bit error rate testing

（1）通信系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高；本系統(tǒng)所構(gòu)建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于具有強(qiáng)電磁干擾的變電站，為了測(cè)試強(qiáng)電磁干擾對(duì)本系統(tǒng)通信性能的影響，實(shí)驗(yàn)采用ZigBee模塊提供的配置軟件X－CTU對(duì)兩個(gè)相距100m的終端節(jié)點(diǎn)通信誤碼性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖10所示。測(cè)試結(jié)果表明：在連續(xù)24小時(shí)內(nèi)，通信系統(tǒng)未出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象，因此本系統(tǒng)所構(gòu)建的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

（2）激光圍欄防盜子系統(tǒng)誤報(bào)警率低；本系統(tǒng)在張家界某變電站連續(xù)試運(yùn)行1個(gè)月內(nèi)，歷經(jīng)大雨、大霧、強(qiáng)太陽光照射等各種惡劣天氣考驗(yàn)，從未出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象。

5 結(jié)語

利用ZigBee低功耗、靈活可靠、易于布置、自組織性等特征，本文將ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于無人值守變電站周界安全監(jiān)控系統(tǒng)，完成了一種Mesh無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee設(shè)備通信平臺(tái)的軟硬件設(shè)計(jì)。節(jié)點(diǎn)通信采用ZigBee無線技術(shù)規(guī)范，克服了有線技術(shù)的缺點(diǎn)，具有良好的通用性和擴(kuò)展性。通過服務(wù)器上運(yùn)行的安防信息管理軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站周界全方位的安全監(jiān)測(cè)與防護(hù)。同時(shí)該系統(tǒng)具有多種報(bào)警方式，能夠通過GPRS網(wǎng)絡(luò)可靠地與值班人員進(jìn)行通信，提高了系統(tǒng)的安全性與可靠性。

總體來說，該系統(tǒng)在強(qiáng)電磁干擾下，工作穩(wěn)定可靠。該Mesh網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在有效通信范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性和較高的通信效率，可以滿足無人值守變電站對(duì)無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸及組網(wǎng)要求。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和需求的增長，ZigBee在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中會(huì)有更為廣闊的應(yīng)用前景。

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