Zigbee通信技術(shù)在配電線路安全監(jiān)測中的應(yīng)用

該裝置工作原理如下：位于裝置頂部的太陽能電池在光照作用下，將產(chǎn)生約3 V的開路電壓和300 mA的短路電流；太陽能電池產(chǎn)生的電能在對雙電層電容器充電的同時，也對無線單片機(jī)CC2430供電；溫度傳感器通過SPI/UART與CC2430連接，在CC2430控制下進(jìn)行信號的采集，并將采集到的信號通過CC2430內(nèi)部集成的射頻收發(fā)電路通過2.4 GHz/SIM頻段進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；CC2430一方面控制傳感器工作，另一方面可接受上位機(jī)的指令，設(shè)置自身或傳感器的工作狀態(tài)，并可進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)；整個裝置在無光照、太陽能電池不發(fā)電時，轉(zhuǎn)由雙電層電容器供電。數(shù)據(jù)采集傳送裝置中各芯片引腳接線如圖2所示。

該裝置在配電線路安全監(jiān)測應(yīng)用時，只需將其溫度傳感器置于需監(jiān)測的環(huán)境中，而將太陽能電池板置于陽光可直接照射處。例如需要監(jiān)測某導(dǎo)線溫升情況時，只需把溫度傳感器緊挨導(dǎo)線。在CC2430內(nèi)寫入程序，可以通過軟件設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送的周期，或當(dāng)溫升超過某值時發(fā)送數(shù)據(jù)等。
圖1中的設(shè)備型號及參數(shù)選擇基于以下幾個方面的原因：
(1)選用CC2430可實(shí)現(xiàn)多個參數(shù)的無線傳輸，且其功耗低，它可通過軟件設(shè)置多種工作狀態(tài)（發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)、接受數(shù)據(jù)狀態(tài)、信息采集狀態(tài)、休眠狀態(tài)），且方便地實(shí)現(xiàn)與傳感器不同的連接方式，以及可與不同類型傳感器連接。
(2)太陽能電池板的使用使本裝置無需外供電源。
(3)超級電容的使用使本裝置的維修量大大減少，與一般電池相比有以下優(yōu)點(diǎn)：
①幾乎可以永無止境地充放電(100 000次)，但是電池卻很難達(dá)到1 000次充放電；
②可提供很高的放電電流，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電池的電流卻會因?yàn)槎啻蔚碾娏髅}沖而不斷減少；
③可快速充電，但如果是電池快速充電，容易發(fā)生危險；
④不需維護(hù)，可在極端的惡裂的環(huán)境中(即便是-40 ℃的溫度中)使用。
(4)300 mA 3 V的太陽能電池板對30 F 2.5 V的超級電容充電速度快，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。該結(jié)果表明，在一般光照強(qiáng)度下(約15 000 LUX)，電容起始電壓為0 V，經(jīng)4～5 min就可啟動CC2430，20 min就能將電容充到2.95 V左右。

(5)30 F 2.5 V超級電容的存儲電能的能力對于本裝置已足夠，圖4為圖1中超級電容放電實(shí)驗(yàn)電路圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，30 F 2.5 V的超級電容從2.95 V開始放電(CC2430節(jié)點(diǎn)每10 s發(fā)送1次數(shù)據(jù))：共放電4 275次，約12 h，至1.75 V截止。
(6)本裝置選用的設(shè)備數(shù)目少、成本低、維修量也小。
由于Zigbee通信技術(shù)的低功耗、低成本、低速率、近距離、短延時、高容量、高安全、協(xié)議統(tǒng)一的眾多特點(diǎn)，Zigbee裝置適用于配電線路的安全監(jiān)測，提高了配電線路安全監(jiān)控的自動化水平和電網(wǎng)的安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 王士政，馮金光．發(fā)電廠電氣部分[M]．北京：中國水利水電出版社，2002．
[2] 黃雙華．趙志宏．Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由研究與實(shí)現(xiàn)[J]．電子測量技術(shù)，2007，30(2)：59-62．
[3] 王銳華，于全．淺析Zigbee技術(shù)[J]．電視技術(shù)，2003，6(6)：33-35．
[4] 李文仲，段朝玉．Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)入門與實(shí)戰(zhàn)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007．