李京華+張鵬濤+宋會(huì)良

摘 要：近年來(lái)，伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的持續(xù)進(jìn)步，我們對(duì)用電的需求不可同日而語(yǔ)，所以深化智能電網(wǎng)可靠性控制勢(shì)在必行。為了確保電力裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，目前，變壓器裝置的在線診斷技術(shù)被電力企業(yè)所廣泛應(yīng)用，不過(guò)對(duì)變壓器電壓、負(fù)荷以及鐵芯入地電流數(shù)據(jù)的測(cè)量，與傳感設(shè)備的安裝及網(wǎng)絡(luò)通信連接依然是現(xiàn)階段我們亟待解決的主要問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種引線便捷、絕緣性優(yōu)異、功耗小同時(shí)能予以同步監(jiān)測(cè)電能數(shù)據(jù)及溫度的傳感器成為我們所關(guān)注的內(nèi)容。而低功耗電能數(shù)據(jù)測(cè)量芯片與wireless network紫蜂技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：紫蜂技術(shù)；低功耗電能數(shù)據(jù)；無(wú)線監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(shù)即為應(yīng)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(shí)具備自恢復(fù)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(luò)能夠支持六萬(wàn)臺(tái)裝置，換而言之，每臺(tái)紫蜂裝置能夠和其他六萬(wàn)臺(tái)裝置予以連接。目前紫蜂技術(shù)在很多領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。文章將以依附于紫蜂技術(shù)的低功耗電能參數(shù)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上予以深入的探究，相關(guān)內(nèi)容如下所述。

1 紫蜂技術(shù)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

紫蜂技術(shù)系統(tǒng)通過(guò)下述幾層基本結(jié)構(gòu)所構(gòu)成：（1）無(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊（2）紫蜂技術(shù)接收節(jié)點(diǎn)（3）計(jì)算機(jī)工作點(diǎn)。無(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊進(jìn)行被測(cè)目標(biāo)的電能數(shù)據(jù)與溫度的測(cè)量，在此基礎(chǔ)上經(jīng)紫蜂技術(shù)Wireless Communication System接口將參數(shù)傳輸至紫蜂接收節(jié)點(diǎn)，紫蜂接收節(jié)點(diǎn)將接收到的參數(shù)予以處理后經(jīng)控制器局域網(wǎng)絡(luò)及Ethernet等總線把參數(shù)傳輸至計(jì)算機(jī)工作站，同時(shí)予以深入的處理。

無(wú)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(jī)存取存儲(chǔ)器的LPC2134嵌入式微處理器。外圍電路通過(guò)液晶顯示器模塊、報(bào)警輸出電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、紫蜂Wireless Communication System、RS485通信接口電路與同步時(shí)鐘電路所構(gòu)成。液晶顯示器模塊即人機(jī)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(cè)量值與同步趨勢(shì)表等；按鍵接口電路功能是匹配于人機(jī)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(cè)量參數(shù)顯示畫面；紫蜂Wireless Communication System集成了紫蜂無(wú)線收發(fā)裝置于一個(gè)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(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度測(cè)量模塊傳輸?shù)膮?shù)，在此基礎(chǔ)上將數(shù)據(jù)傳輸至主中央處理器予以處理。

無(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度測(cè)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(guò)紫蜂技術(shù)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(gòu)成。紫蜂Wireless Communication System模塊功能是將測(cè)得的電能數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)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(gè)模塊輸送電能，因此節(jié)約外部供電。

2 紫蜂技術(shù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

無(wú)線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)相對(duì)繁瑣，所以我們可擇取基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)嵌入式同步操作系統(tǒng)?；趦?yōu)先級(jí)搶占式多任務(wù)內(nèi)核的特性即為簡(jiǎn)便、可靠且具有較強(qiáng)的同步性，能夠調(diào)整源代碼，進(jìn)而使其匹配于自己的需要，同時(shí)可裁減掉多余的區(qū)域，使操作系統(tǒng)更為小巧，在此基礎(chǔ)上能夠有效達(dá)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(jí)的搶占式多任務(wù)能夠把一個(gè)繁瑣的應(yīng)用分割成多個(gè)相互獨(dú)立的任務(wù)，同時(shí)依附于任務(wù)的重要性予以分配優(yōu)先項(xiàng)，任務(wù)的調(diào)度均通過(guò)基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)同步內(nèi)核所完成。基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)內(nèi)核還負(fù)責(zé)中央處理器時(shí)間的分配，中央處理器時(shí)間總是優(yōu)先分配給中斷任務(wù)，差異化任務(wù)的通信能夠經(jīng)基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)提供的信號(hào)量予以完成。endprint

擇取基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)同步操作系統(tǒng)內(nèi)核，便捷了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)，可以讓程序結(jié)構(gòu)更具層次性。整個(gè)程序設(shè)計(jì)通過(guò)操作系統(tǒng)與相應(yīng)的用戶應(yīng)用任務(wù)所組建，因此可以更便捷的維護(hù)應(yīng)用程序。

無(wú)線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置若想實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)相關(guān)任務(wù)的同步性，將程序劃分為多個(gè)具有差異化優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。

經(jīng)多任務(wù)操作機(jī)制的任務(wù)與常規(guī)函數(shù)有較大的差異，其即為一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，同時(shí)并不存在返回值。若沒(méi)有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)加入就緒態(tài)，那么當(dāng)前任務(wù)是無(wú)法放棄對(duì)中央處理器的使用權(quán)的。為了達(dá)到操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與相關(guān)事件的同步性，一定要有針對(duì)性的處理任務(wù)間的事件結(jié)構(gòu)。

相關(guān)任務(wù)具備差異化的優(yōu)先級(jí)，經(jīng)調(diào)用系統(tǒng)延時(shí)函數(shù)，能夠促使更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，經(jīng)對(duì)延時(shí)數(shù)據(jù)的構(gòu)建，系統(tǒng)隔一短時(shí)間，即可啟動(dòng)接收隊(duì)列監(jiān)視任務(wù)，按時(shí)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(wèn)題，那么會(huì)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(chǔ)上對(duì)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(hào)量DataProcSem，參數(shù)處理任務(wù)接收信號(hào)量啟動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)而開(kāi)啟參數(shù)處理；如果是計(jì)算機(jī)監(jiān)控工作站傳輸請(qǐng)求幀參數(shù)，那么就發(fā)送參數(shù)發(fā)送信號(hào)量SendSem，參數(shù)傳輸任務(wù)接收到信號(hào)量，進(jìn)而開(kāi)始運(yùn)行，開(kāi)啟參數(shù)的傳輸功能，見(jiàn)圖1。

在未使用基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)所提供的功能時(shí)，一定要先調(diào)用OSInit（）函數(shù)，此函數(shù)構(gòu)建了兩個(gè)基本任務(wù)：（1）空閑任務(wù)（2）統(tǒng)計(jì)任務(wù)。此應(yīng)用程序忽略統(tǒng)計(jì)任務(wù)，OSInit（）函數(shù)僅構(gòu)建一個(gè)任務(wù)，也就是空閑任務(wù)。InitHardw

are（）函數(shù)所需完成系統(tǒng)時(shí)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(chǔ)上構(gòu)建相關(guān)應(yīng)用任務(wù)，進(jìn)而OSStart（）函數(shù)會(huì)把控制權(quán)交由優(yōu)先級(jí)搶占式多任務(wù)內(nèi)核，同時(shí)予以多任務(wù)運(yùn)行。

電能數(shù)據(jù)與溫度測(cè)量模塊因?yàn)閷?duì)時(shí)間會(huì)有一定的要求，同時(shí)程序設(shè)計(jì)較為便捷，因此程序擇取依附于時(shí)間控制的程序流程構(gòu)架，使用時(shí)間狀態(tài)的編程技術(shù)。程序予以運(yùn)行后，第一步，會(huì)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(chǔ)上采集電能數(shù)據(jù)與溫度，第二步，將相關(guān)參數(shù)經(jīng)紫蜂Wireless Communication System模塊傳輸至無(wú)線電能數(shù)據(jù)監(jiān)視裝置，第三步，轉(zhuǎn)至空閑睡眠模式。其中數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)完成時(shí)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(shí)間。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊、紫蜂技術(shù)接收節(jié)點(diǎn)以及計(jì)算機(jī)工作點(diǎn)所構(gòu)成。無(wú)線電能數(shù)據(jù)與溫度采集模塊進(jìn)行被測(cè)目標(biāo)的電能數(shù)據(jù)與溫度的測(cè)量，在此基礎(chǔ)上經(jīng)紫蜂技術(shù)Wireless Communication System接口將參數(shù)傳輸至紫蜂接收節(jié)點(diǎn)，紫蜂接收節(jié)點(diǎn)將接收到的參數(shù)予以處理后經(jīng)控制器局域網(wǎng)絡(luò)及Ethernet等總線把參數(shù)傳輸至計(jì)算機(jī)工作站，同時(shí)予以深入的處理。我們可以通過(guò)此系統(tǒng)予以有效的在線故障診斷，在此基礎(chǔ)上處理變壓器過(guò)載、過(guò)熱及漏電流等問(wèn)題，進(jìn)而避免此類問(wèn)題的發(fā)生，從根本確保高壓裝置的可靠運(yùn)行。

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