Zigbee通信技術在配電線路安全監測中的應用

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，將產生約3 V的開路電壓和300 mA的短路電流；太陽能電池產生的電能在對雙電層電容器充電的同時，也對無線單片機CC2430供電；溫度傳感器通過SPI/UART與CC2430連接，在CC2430控制下進行信號的采集，并將采集到的信號通過CC2430內部集成的射頻收發電路通過2.4 GHz/SIM頻段進行轉發；CC2430一方面控制傳感器工作，另一方面可接受上位機的指令，設置自身或傳感器的工作狀態，并可進入低功耗休眠狀態；整個裝置在無光照、太陽能電池不發電時，轉由雙電層電容器供電。數據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測應用時，只需將其溫度傳感器置于需監測的環境中，而將太陽能電池板置于陽光可直接照射處。例如需要監測某導線溫升情況時，只需把溫度傳感器緊挨導線。在CC2430內寫入程序，可以通過軟件設置數據發送的周期，或當溫升超過某值時發送數據等。
圖1中的設備型號及參數選擇基于以下幾個方面的原因：
(1)選用CC2430可實現多個參數的無線傳輸，且其功耗低，它可通過軟件設置多種工作狀態（發送數據狀態、接受數據狀態、信息采集狀態、休眠狀態），且方便地實現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點：
①幾乎可以永無止境地充放電(100 000次)，但是電池卻很難達到1 000次充放電；
②可提供很高的放電電流，根據經驗，電池的電流卻會因為多次的電流脈沖而不斷減少；
③可快速充電，但如果是電池快速充電，容易發生危險；
④不需維護，可在極端的惡裂的環境中(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，實驗結果如圖3所示。該結果表明，在一般光照強度下(約15 000 LUX)，電容起始電壓為0 V，經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中超級電容放電實驗電路圖。實驗結果表明，30 F 2.5 V的超級電容從2.95 V開始放電(CC2430節點每10 s發送1次數據)：共放電4 275次，約12 h，至1.75 V截止。
(6)本裝置選用的設備數目少、成本低、維修量也小。
由于Zigbee通信技術的低功耗、低成本、低速率、近距離、短延時、高容量、高安全、協議統一的眾多特點，Zigbee裝置適用于配電線路的安全監測，提高了配電線路安全監控的自動化水平和電網的安全可靠經濟運行。
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