ZigBee技術在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應用研究
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3 網(wǎng)絡原理及硬件組成
3．1 ZigBee實現(xiàn)電能質量監(jiān)測的網(wǎng)絡組成
ZigBee電能質量檢測網(wǎng)絡由許多個小型的節(jié)點構成。以這些工作節(jié)點為依托，通過無線通信組成各種網(wǎng)絡托普結構。為降低成本，系統(tǒng)中大部分的節(jié)點為子節(jié)點，從組網(wǎng)通信上看，它們只是其功能的一個子集，稱為RFD(精簡功能設備)，這種設備不具有路由的功能；另外還有一些節(jié)點負責與控制的子節(jié)點通信、匯集數(shù)據(jù)和發(fā)布控制，或起到通信路由的作用，稱為FFD(全功能設備或協(xié)調器)。圖2示出了一個ZigBee設備在智能電網(wǎng)中建立采集控制網(wǎng)絡應用的拓撲示意圖。本文引用地址：http://www.104case.com/article/157076.htm
每個節(jié)點由一個具備ZigBee協(xié)議棧的MCU作為主控設備。每個信號采集節(jié)點通過ADC從模擬傳感器得到實時數(shù)據(jù)，按照ZigBee協(xié)議把數(shù)據(jù)打包并通過射頻芯片及前端天線發(fā)送給簇內的RFD，再由RFD路由轉發(fā)到數(shù)據(jù)中心，以做進一步處理。在每個節(jié)點的外部可外接相應的PIO芯片和其他外圍電路進行交互。同時，由現(xiàn)場操作人員在控制中心可以對相應節(jié)點發(fā)出指令，使遙控相應節(jié)點按遙控指令做出一些動作，比如緊急合閘、開閘動作等。
3．2 監(jiān)測節(jié)點的硬件原理
實驗采用了MoteWork開發(fā)平臺。該實驗模擬在數(shù)據(jù)中心遠端獲取母線及變壓器測試節(jié)點的溫度參數(shù)，平臺的硬件結構如圖3所示。
ZigBee測試節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、無線電通信模塊和能量供應模塊4部分組成。此節(jié)點的節(jié)點采用一款Atmel公司的AVR系列8位單片機ATmegal28為處理器芯片。ATmegal28具有如下特點：128 KB系統(tǒng)內可編程FLASH(具有在寫的過程中還可以讀的能力，即RWW)，4 KB E2PROM，4 KBSRAM，53個通用I／O口線，32個通用工作寄存器，實時時鐘RTC，4個靈活的具有比較模式和PWM功能的定時器／計數(shù)器(T／C)，2個USART，面向字節(jié)的兩線接口TWI，8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，SPI串行端口，與IEEE 1149．1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式。無線收發(fā)模塊則采用了TI公司的CCl000通用無線通信模塊。
此開發(fā)板可外接多種傳感器設備，此次實驗選用一款高精度溫度傳感器。
4 軟件設計
該系統(tǒng)的軟件開發(fā)建立在加州大學伯克利分校開發(fā)設計的一種新型的嵌入式系統(tǒng)——TinyOS之上。
4．1 TinyOS體系
TinyOS操作系統(tǒng)為用戶提供一個良好的用戶接口，具有更強的網(wǎng)絡處理和資源收集能力。為滿足無線傳感器網(wǎng)絡的要求，在TinyOS中引入4種技術：輕線程、主動消息、事件驅動和組件化編程。整個系統(tǒng)由組件構成，通過組件對硬件進行抽象，提高了軟件重用度和兼容性。
TinyOS操作系統(tǒng)及其應用程序使用產(chǎn)生代碼相對較小的necC來開發(fā)。
4．2 部分程序流程及代碼
部分測試設備的啟動流程框圖如圖4所示。
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