Zigbee通信技術在配電線路安全監測中的應用
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1 Zigbee技術
在配電線路安全監測系統中，由于電磁環境干擾嚴重、監測點多、布線復雜等原因，建立一個可靠的無線數據傳輸網絡是配電線路安全監測所迫切需求的。工業控制環境下的短距離無線網絡技術成為近年來研究熱點之一，基于Wi-Fi、Bluetooth和Zigbee等技術的無線網絡相繼問世。其中Zigbee短距離無線網技術以其數據傳輸安全可靠、設備成本低、組網簡易靈活、電池使用壽命長等優勢，在工業控制領域中呈現出深厚的發展潛力。Zigbee技術在配電線路安全監測中也有著廣泛的應用前景。
Zigbee具有低耗電、低成本、雙向傳輸、感應網絡功能等特點，主要適用于自動控制和遠程控制領域。IEEE將Zigbee接納為IEEE 802.15.4標準。
Zigbee技術[2-3]的主要特點如下：
(1)低功耗。在低耗電待機模式下,2節5號干電池可支持一個節點工作6～24個月，甚至更長。這是Zigbee的突出優勢；
(2)低成本。通過大幅簡化協議,降低了對通信控制器的要求,按預測分析,以8051的8位微控制器測算,全功能的主節點需要32 KB代碼,子功能節點只需4 KB代碼,而且Zigbee免協議專利費。隨著產品產業化，Zigbee通信模塊的價格預計能降到1.5～2.5美元；
(3)低速率。Zigbee工作在20 kb/s～250 kb/s的較低速率,分別提供250 kb/s(2.4 GHz)、40 kb/s(915 MHz)和20 kb/s(868 MHz)的原始數據吞吐率,滿足低速率傳輸數據的應用需求；
(4)近距離。傳輸范圍一般介于10～100 m之間，在增加RF發射功率后，亦可增加到1 km～3 km(相鄰節點間的距離)。如果通過路由和節點間通信的接力，傳輸距離將可以更遠；
(5)短時延。Zigbee的響應速度較快，一般從睡眠轉入工作狀態只需15 ms，節點連接進入網絡只需30 ms，進一步節省了電能；
(6)高容量。Zigbee可采用星狀、片狀和網狀網絡結構，一個主節點最多可管理254個子節點；同時主節點還可由上一層網絡節點管理，最多可組成65 000個節點的大網。一個區域內最多可以同時存在100個Zigbee網絡。每個Zigbee網絡可以支持31個傳感器和受控設備，每一個傳感器和受控設備可以有8種不同的接口方式，可以采集并傳輸數字量和模擬量；
(7)高安全。Zigbee提供了三級安全模式：無安全設定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數據以及采用高級加密標準(AES-128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性；
(8)免執照頻段。采用直接序列擴頻在工業科學醫療(ISM)頻段，2.4 GHz(全球)、915 MHz(美國)和868 MHz(歐洲)。
2 Zigbee在配電線路安全監測中的應用
目前，國外對于變電站配電參數的在線監測主要采用有線與無線相結合的方法，其優點是測量準確、實時性好、能夠對整個檢測面進行檢測，但是需要大量的現場布線、設置電源等，對于某些現場條件不具備的場合（如不允許布線、供電不便等），其應用范圍受到了極大的限制；對于傳統的無線應用，由于標準不統一，需要在各種通信協議之間進行大量轉換工作，限制了設備的有效應用，且需大量的維護人員和成本。在國內，大多數變電站延用有線傳感監測方式，少數變電站采用部分無線傳感技術，但通信協議不統一，也沒有有效的集成，監控參數少，測量范圍窄，甚至需工作人員將儀器帶到現場才能對相關參數進行測量，增加了工作人員的勞動強度。總之，目前變電站配電參數的在線監測都離不開有線的束縛和工作人員定期的現場巡查、維護，還沒有實現真正意義上的自動化，人為因素影響嚴重，不利于異常情況的及時發現與處理。
針對目前國內外變電站配電參數監測的缺點，現提出一種將無線無源溫度傳感器裝置應用于配電線路的方案。
該裝置既無需外供電源，也無內置電池，以太陽能為能源，以雙電層超級電容器為儲能裝置，通過超低功耗無線微處理器結合微功耗傳感器實現參數檢測和信號無線傳輸。該裝置可在各種復雜電磁干擾、強電場、高溫、高壓、高濕度等惡劣環境中長期穩定地工作。
該裝置設有太陽能發電裝置、電能存儲裝置、數據采集傳送裝置，如圖1所示。圖中器件的型號與參數分別為：太陽能電池板―300 mA 3 V；超級電容―30 F 2.5 V的雙電層電容器；負載―帶溫度檢測傳感器TC77的無線單片機CC2430[4]。
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