贵州电网有限责任公司兴义供电局 贵州 兴义 562400
摘要：本文提出了一种基于ZigBee的无线传感器网络在通信机房环境监测中的应用方案。系统选用了CC2430芯片作为整个通信机房环境监测系统的控制核心，完成了通信机房环境监测系统硬件模块和软件程序的设计，实现了通信机房环境的实时监测。
关键词：ZigBee；通信机房；环境监测
随着电子信息技术、计算机科学技术和现代通信技术的飞速发展，利用先进的科学技术保障电力通信网的安全稳定运行已经成为人们的普遍共识。在电力系统中，现有的通信机房环境监测系统大部分采用有线线缆的方式进行环境监测信息的传输。由于有线环境监测系统存在铺设成本高、布线繁琐复杂、可扩展性差以及维修管理难等诸多弊端，所以电力系统迫切需要一种成本低廉、稳定可靠的无线环境监控系统用来替代传统的有线方案。
1 ZigBee技术介绍
ZigBee技术作为一种低复杂程度、低功率损耗、低数据速率和低应用成本的短距离全双工无线通信规范，主要应用在工业控制和远程监控等相关领域。 ZigBee技术能够实现低成本设备无线组网和满足自动控制的现实需求，特别适合于数据传输数量少，投入资金规模小，网络节点规模大的应用场景。
在环境监测领域，通过ZigBee的低功率消耗和自动组建网络等功能，能够建立具有隔离性和动态性的新型通信机房环境监测系统[1]。通过ZigBee和局域网、Internet等的融合，能够进一步实现真正意义上的中远程通信机房环境监测系统。
2系统总体设计
通信机房环境监测系统主要由监测中心和基于ZigBee的无线传感器网络两部分成。
监测中心由计算机和通信机房环境监测系统管理软件两部分组成，主要实现对环境监测信息的存储、统计和管理等功能。利用计算机上的通信机房环境监测系统管理软件，运维人员可以通过操作界面直观、清晰地看到监测节点的地理位置和相关环境信息，从而提高提升运维人员工作效率和减少事故[2]。
基于ZigBee的无线传感器网络主要由网关节点、路由节点和监测节点三部分组成。在通信机房环境监测网络中，网关节点是通信机房环境监测系统的核心设备，负责选择系统工作信道和网络标识符，建立基于ZigBee的无线传感器网络的通信机房环境监测系统。当通信机房面积较大时，ZigBee网络中可以适当的加入路由节点。路由节点通常放置在网关节点和监测节点之间，负责允许其他路由节点或者监测节点加入网络，支持多跳路由数据包的传输，从而更大限度的增加监测节点的数量、扩大网络覆盖范围。通信机房散布着大量的监测节点，它们是环境信息的发送装置，上电后自动扫描设定的工作信道，尝试找到一个已经存在的通信机房环境监测网络并加入其中。监测节点主要负责通信机房环境数据的定时采集，然后通过ZigBee网络上传给网关节点，为运维人员实施运维服务提供科学依据。
3系统硬件设计
网关节点主要由处理器模块、无线通信模块、串行接口模块和能量供应模块四部分组成[3]。网关节点硬件结构如图1所示。网关节点即网络协调节点，属于全功能节点（FFD）。通信机房环境监测网络中有且只有唯一的网关节点，其主要任务是负责组建ZigBee网络、发送网络信标、管理监测节点、存储监测节点信息和网络消息的路由选择等工作。CC2430芯片内部集成了微处理器和射频收发模块，可以通过直流电源直接供电。同时，CC2430可以通过RS232串行接口连接计算机，将接收到的通信机房环境数据发送到计算机中，最后通过计算机上安装的通信机房环境监测系统管理软件来观察串口输出的监测数据，进行更加科学的管理和分析。
图3 监测节点硬件结构图
4系统软件设计
根据通信机房环境监测系统的管理需求，系统管理软件在Power Buider 11.5环境下进行开发和设计。通信机房环境监测系统管理软件的基本设计思想是利用Access2003数据库实现监测信息的存储、统计和管理。在通信机房环境监测系统中，系统管理软件接收和处理通过网关节点传送的合法信息，并且在数据库中按照预先定义好的表的形式对通信机房监测信息进行组织管理。运维人员不但可以通过系统管理软件界面直观的查询通信机房温度、湿度等信息，而且可以查询监测节点实时采集的信息，同时能够设置监测数据的报警阈值。
5总结
本文通过研究基于ZigBee的无线传感器网络，结合电力系统通信机房环境监测的实际要求，提出了通信机房环境监测系统的总体设计方案，设计了监测节点、路由节点以及网关节点的主要功能和硬件构架，并对系统软件进行设计，实现了通信机房环境监测的实时监测。
参考文献
[1]王凤芹．远程医疗监护系统中ZigBee技术的应用[J]．吉林工商学院学报，2011，27（2）：94～96
[2]尹娟．基于ZigBee协议的医院病房呼叫系统[J]．中国医疗设备，2010，（11）：25～36+31
[3]杨春华，王章瑞，谢瑜．基于ZigBee的无线网络协调器节点的设计[J]．仪器仪表用户，2010，（6）：58～60
[4]金玉麟，王海伦．基于无线传感器网络的中央监控系统的设计[J]．农业技术与装备，2011，（8）：4～6
[5]王立岩，杨世凤．基于ZigBee 技术的温室环境检测系统设计[J]．天津科技大学学报，2011，26（2）：60～63
论文作者:屈银龙
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/9
标签：节点论文; 机房论文; 通信论文; 环境论文; 监测系统论文; 环境监测论文; 网络论文; 《防护工程》2017年第29期论文;