依附于紫蜂技術的低功耗電能參數(shù)無線監(jiān)測系統(tǒng)

李京華+張鵬濤+宋會良

摘 要：近年來，伴隨社會經(jīng)濟與科技的持續(xù)進步，我們對用電的需求不可同日而語，所以深化智能電網(wǎng)可靠性控制勢在必行。為了確保電力裝置的穩(wěn)定運行，目前，變壓器裝置的在線診斷技術被電力企業(yè)所廣泛應用，不過對變壓器電壓、負荷以及鐵芯入地電流數(shù)據(jù)的測量，與傳感設備的安裝及網(wǎng)絡通信連接依然是現(xiàn)階段我們亟待解決的主要問題。因此，開發(fā)一種引線便捷、絕緣性優(yōu)異、功耗小同時能予以同步監(jiān)測電能數(shù)據(jù)及溫度的傳感器成為我們所關注的內(nèi)容。而低功耗電能數(shù)據(jù)測量芯片與wireless network紫蜂技術也應運而生。

關鍵詞：紫蜂技術；低功耗電能數(shù)據(jù)；無線監(jiān)測

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0021-02

Abstract： In recent years， with the continuous progress of social economy and science and technology， we do not have the same demand for electricity， so it is imperative to deepen the reliability control of smart grid. In order to ensure the stable operation of power plant， the on-line diagnosis technology of transformer device is widely used by power enterprises， but the transformer voltage， load and core earth current data are measured. The installation of sensor equipment and the network communication connection are still the main problems to be solved at this stage. Therefore， the development of a new sensor with convenient lead， excellent insulation， low power consumption and synchronous monitoring of electrical energy data and temperature has become the focus of our attention. And low power consumption power data measurement chip and wireless network technology also came into being.

Keywords： ZigBee technology； low-consumption power data； wireless monitoring

眾所周知，紫蜂技術即為應用于控制與監(jiān)視的低速率、短距離、低功耗、低投資、高穩(wěn)定性的wireless network。其組網(wǎng)具有多元化特性，同時具備自恢復及優(yōu)異的冗余性，可以有效覆蓋一定的范圍，各紫蜂網(wǎng)絡能夠支持六萬臺裝置，換而言之，每臺紫蜂裝置能夠和其他六萬臺裝置予以連接。目前紫蜂技術在很多領域都被廣泛應用。文章將以依附于紫蜂技術的低功耗電能參數(shù)無線監(jiān)測系統(tǒng)作為切入點，在此基礎上予以深入的探究，相關內(nèi)容如下所述。

1 紫蜂技術系統(tǒng)硬件設計

紫蜂技術系統(tǒng)通過下述幾層基本結構所構成：（1）無線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊（2）紫蜂技術接收節(jié)點（3）計算機工作點。無線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊進行被測目標的電能數(shù)據(jù)與溫度的測量，在此基礎上經(jīng)紫蜂技術Wireless Communication System接口將參數(shù)傳輸至紫蜂接收節(jié)點，紫蜂接收節(jié)點將接收到的參數(shù)予以處理后經(jīng)控制器局域網(wǎng)絡及Ethernet等總線把參數(shù)傳輸至計算機工作站，同時予以深入的處理。

無線電能監(jiān)視裝置硬件中央處理器擇取三十二位核、嵌入128K字節(jié)閃存Memory與16K字節(jié)靜態(tài)隨機存取存儲器的LPC2134嵌入式微處理器。外圍電路通過液晶顯示器模塊、報警輸出電路、數(shù)據(jù)存儲電路、紫蜂Wireless Communication System、RS485通信接口電路與同步時鐘電路所構成。液晶顯示器模塊即人機交互接口顯示電流有效值、電壓有效值、功率、頻率、功率因數(shù)以及溫度等數(shù)據(jù)測量值與同步趨勢表等；按鍵接口電路功能是匹配于人機交互接口液晶顯示器模塊，便于用戶予以調(diào)試系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)與切換測量參數(shù)顯示畫面；紫蜂Wireless Communication System集成了紫蜂無線收發(fā)裝置于一個單指令內(nèi)嵌閃存空間的51中央處理器，而且還有通用輸入/輸出口，功能為接收無線電能數(shù)據(jù)與溫度測量模塊傳輸?shù)膮?shù)，在此基礎上將數(shù)據(jù)傳輸至主中央處理器予以處理。

無線電能數(shù)據(jù)與溫度測量模塊主微控制單元擇取超低功耗的十六位Microcontroller Unit。外圍電路通過紫蜂技術Wireless Communication System模塊、電量傳感器電路、溫度傳感器電路及電源電路等構成。紫蜂Wireless Communication System模塊功能是將測得的電能數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)通過無線傳輸至監(jiān)視裝置；電源電路功能經(jīng)電壓互感裝置在線取電，為整個模塊輸送電能，因此節(jié)約外部供電。

2 紫蜂技術系統(tǒng)軟件設計

無線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置因為程序設計相對繁瑣，所以我們可擇取基于優(yōu)先級的搶占式多任務嵌入式同步操作系統(tǒng)?；趦?yōu)先級搶占式多任務內(nèi)核的特性即為簡便、可靠且具有較強的同步性，能夠調(diào)整源代碼，進而使其匹配于自己的需要，同時可裁減掉多余的區(qū)域，使操作系統(tǒng)更為小巧，在此基礎上能夠有效達到用戶特定操作系統(tǒng)的需要。為了深化系統(tǒng)的同步性，基于優(yōu)先級的搶占式多任務能夠把一個繁瑣的應用分割成多個相互獨立的任務，同時依附于任務的重要性予以分配優(yōu)先項，任務的調(diào)度均通過基于優(yōu)先級的搶占式多任務同步內(nèi)核所完成?；趦?yōu)先級的搶占式多任務內(nèi)核還負責中央處理器時間的分配，中央處理器時間總是優(yōu)先分配給中斷任務，差異化任務的通信能夠經(jīng)基于優(yōu)先級的搶占式多任務提供的信號量予以完成。endprint

擇取基于優(yōu)先級的搶占式多任務同步操作系統(tǒng)內(nèi)核，便捷了應用程序的設計，可以讓程序結構更具層次性。整個程序設計通過操作系統(tǒng)與相應的用戶應用任務所組建，因此可以更便捷的維護應用程序。

無線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置若想實現(xiàn)程序內(nèi)相關任務的同步性，將程序劃分為多個具有差異化優(yōu)先級的任務。

經(jīng)多任務操作機制的任務與常規(guī)函數(shù)有較大的差異，其即為一個無限的循環(huán)，同時并不存在返回值。若沒有更高優(yōu)先級的任務加入就緒態(tài)，那么當前任務是無法放棄對中央處理器的使用權的。為了達到操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運行與相關事件的同步性，一定要有針對性的處理任務間的事件結構。

相關任務具備差異化的優(yōu)先級，經(jīng)調(diào)用系統(tǒng)延時函數(shù)，能夠促使更高優(yōu)先級的任務進入就緒態(tài)。在設計環(huán)節(jié)，經(jīng)對延時數(shù)據(jù)的構建，系統(tǒng)隔一短時間，即可啟動接收隊列監(jiān)視任務，按時掃描環(huán)形緩沖范圍。若發(fā)現(xiàn)讀指針和寫指針失衡的問題，那么會將環(huán)形緩沖范圍內(nèi)新接收的參數(shù)錄入至recvbuf，在此基礎上對接收的數(shù)據(jù)予以處理，如果是紫蜂Wireless Communication System模塊傳輸?shù)膮?shù)，那么就發(fā)送數(shù)據(jù)處理信號量DataProcSem，參數(shù)處理任務接收信號量啟動運行，進而開啟參數(shù)處理；如果是計算機監(jiān)控工作站傳輸請求幀參數(shù)，那么就發(fā)送參數(shù)發(fā)送信號量SendSem，參數(shù)傳輸任務接收到信號量，進而開始運行，開啟參數(shù)的傳輸功能，見圖1。

在未使用基于優(yōu)先級的搶占式多任務所提供的功能時，一定要先調(diào)用OSInit（）函數(shù)，此函數(shù)構建了兩個基本任務：（1）空閑任務（2）統(tǒng)計任務。此應用程序忽略統(tǒng)計任務，OSInit（）函數(shù)僅構建一個任務，也就是空閑任務。InitHardw

are（）函數(shù)所需完成系統(tǒng)時鐘調(diào)整與通用異步收發(fā)傳輸器串口數(shù)據(jù)的初始化；InitPara（）函數(shù)完成系統(tǒng)整體變量的初始化，在此基礎上構建相關應用任務，進而OSStart（）函數(shù)會把控制權交由優(yōu)先級搶占式多任務內(nèi)核，同時予以多任務運行。

電能數(shù)據(jù)與溫度測量模塊因為對時間會有一定的要求，同時程序設計較為便捷，因此程序擇取依附于時間控制的程序流程構架，使用時間狀態(tài)的編程技術。程序予以運行后，第一步，會初始化系統(tǒng)硬件數(shù)據(jù)與系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)，在此基礎上采集電能數(shù)據(jù)與溫度，第二步，將相關參數(shù)經(jīng)紫蜂Wireless Communication System模塊傳輸至無線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置，第三步，轉至空閑睡眠模式。其中數(shù)據(jù)傳輸任務完成時間控制在五十毫秒，其中包括三十毫秒的喚醒等待、十毫秒的參數(shù)通信時間。

3 結束語

綜上所述，系統(tǒng)通過無線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊、紫蜂技術接收節(jié)點以及計算機工作點所構成。無線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊進行被測目標的電能數(shù)據(jù)與溫度的測量，在此基礎上經(jīng)紫蜂技術Wireless Communication System接口將參數(shù)傳輸至紫蜂接收節(jié)點，紫蜂接收節(jié)點將接收到的參數(shù)予以處理后經(jīng)控制器局域網(wǎng)絡及Ethernet等總線把參數(shù)傳輸至計算機工作站，同時予以深入的處理。我們可以通過此系統(tǒng)予以有效的在線故障診斷，在此基礎上處理變壓器過載、過熱及漏電流等問題，進而避免此類問題的發(fā)生，從根本確保高壓裝置的可靠運行。

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