（湖北民族大学 国网湖北省电力公司利川市供电公司）
摘要：随着电力电子行业的快速发展，人们对电力的需求也变得越来越高，这就使得电力企业必须作出调整以满足用户的需求。目前的自动抄表技术主要有有线和无线两种方式。本文提出了一种基于通用的ZigBee无线传感器网络监控系统实现了对用户电表的远程监控，该系统主要由以下几个部分组成：无线传感器网络体系主要结构、电表监控技术、电表远程监控总体结构和相应的软件设计。下面将针对无线传感器网络下的电表远程监控研究进行阐述。
关键词：无线传感器网络；电表；ZigBee；远程监控
社会对电力的需求日益增高，我国的电力行业也有了较快的发展。通过无线传感器网络对电表进行远程监控，可有效提高电力企业的工作效率，并且在某些程度上很大地改善了人们的生活水平，提高了生活质量[1]。在工业化发展如此快速的当代，电力企业和用电单位就更需要对用电量进行在线监测和控制，以便及时了解用电量。下面将针对无线传感器网络的电表远程监控展开具体论述。
1 无线传感器网络体系结构及电表监控技术
在以前，由于技术不发达等原因，我国的电力企业对用户的电能量主要采用手工抄表的作业方式。随着企业的增多，用电量加大，这种手工抄表的方试繁琐，且耗力耗财比较严重。这种手工作业的方式已经越来越不适应现代社会，实在不适合继续使用。因此，自动抄表逐渐被提上日程。而无线传感器网络则是在这样的背景下产生的一种新型技术，该技术解决了上述手动抄表的一些不便，具有很大的研究前景。目前，无线抄表技术已经引起了很多国家的重视。所以，下面将具体介绍无线传感器网络体系和电表监控技术。
1.1无线传感器网络体系结构分析
目前，国内主要的无线传感器网络体系结构有单节点体系、网络体系两种结构[1]。而单节点体系由于其结构简单、并发性密集和模块化程度高等特点，在后期的操作中会有一系列的问题随之而来，因此在实际应用比较少。而网络体系结构则解决了单节点体系中出现的问题。
无线传感器网络主要有目标、检测模块、传递模块和感知模块这四个实体单元。这四类基本实体对象都有其各自的功能，相互联系，共同发挥作用。传统的无线传感器网络的节点采用多跳通信的方式，实现对监控对象的远程访问和网络查询等[2]。在这个过程中，其他节点起到桥梁的作用，将采集到的数据进一步传递给聚集节点。目前我们主要使用的无线传感器网络的通信体系与过去的技术相比，在很多方面有了提升，主要有：（1）节点数目众多，可扩展性能提高；（2）节能，由于传感器节点受到很多条件的限制，必须采用电量有限且不能更换的电池，因此在设计中应更加注意节能问题；（3）自组织网络必须保证有足够的健壮性，可有效防止由于部分传感器网络失误而导致全局任务的进行；（4）传感器节点密集度很高，需要配备专业人员定期进行维护和保养。ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的，具有短距离、低功耗等优点的局域网协议。该协议在自动控制、远程控制等方面可以合理利用，可有效对用电量进行检测，并且在实际应用过程中可以嵌入各种设备。换句话说，ZigBee可以与无线传感器结合，用于对电表的远程监控。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。
1.2电表监控技术分析
随着科学技术的进步，有线这一类传统电表监控方式已经不能适应社会的发展，无线电表监控技术已经越来越被各企业采用。CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。本论文主要采用CC2530芯片。该芯片结合了德国拔尖RF收发器的优良性能，并结合具有很高标准的增强型8051 CPU，在其上可进行编程控制器运行，具有8-KB RAM 和许多其它强大的功能。CC2530 因其运行方式有多种，可以适用低功耗模式要求。而该芯片内CC2530F6这一系列结合了德州仪器的黄金单元RemoTI，更好地提供了一个强大和完整的ZigBee RF4CE 远程控制解决方案。因此很适合用来做电表监控技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2无线传感器网络下电表远程监控总结构设计
无线传感器网络的产生得益于现在社会科学技术的发展，同时也为人们带来了很多便利，尤其是为电力部门实现大面积检测电表等提出了一种新的解决方法。在本文设计的监控平台上进行相应的仿真实验，将数据集中在管理软件上，实现了对数据的记录和管理。该系统经过测试，发现可很好地完成系统的功能，有力地实现对电表的实时有效监控。要通过无线传感器网络实现对电表的远程监控，首当其冲要解决的是对电表的信息如果进行远程获取和处理问题[3]。本文采用的是CC2530F64芯片，可结合ZigBee来远程解决电表信息的采集和处理。下面将对电表远程监控总结构和软件设计进行分开阐述。
2.1电表远程监控总结构设计
现代社会随着科学技术的日益进步，电子技术方面有了很大地发展空间，在电力方面逐渐地出现了多种样式的功率表、电能表等。基于无线传感器网络下的电表监控系统，电力企业可以根据需要，利用该系统对需要监控的地方进行实时管理、测量和监控。这样做能帮助电力行业实现资源的合理分配，降低功耗，实现整个企业链低功耗运行，并且对电网系统得安全可靠稳定运行也有重大助益。该电表的总体设计主要包括四个部分：信号采集、微处理器、数据通信和供电单元。信号采集单元主要是将无线传感器网络下的电表数据经过整流、滤波等的处理后存储在计算机中，微处理器单元主要对采集到的数据进行有功功率、无功功率等参数进行计算，进而传输到外围接口进行下一步的处理，数据通信单元是通过相关工作人员设定的程序来完成与外部的对接，供电单元则是给电表内的芯片提供电压，使其正常工作[4]。
2.2软件设计
无线传感器网络下的电表远程监控系统，其软件设计是在Keil uVision4软件环境下采用C语言编程和调试的，主要包括以下几个单元：主程序、电能采集程序、仿真单元、电表误差矫正等。主程序是在上述软件环境下进行各部分电路的电量计算和数据存储等，调整各个子单元来实现总体功能。电能采集程序是对采集到的电量进行抄送、计算等，并存入相应的寄存器中，以备后续继续使用。仿真单元可以用TFP2编程器、第三方编程工具等进行存储器在线仿真编译，是用来验证仿真过程的，可进行适当调整。电表误差矫正单元是对前面采集到的各个数据包括电压、电流、功率因数等进行校正，在实际情况中，电力系统不可能会无误差的运行，电网中的谐波也会因此出现失真现象，因此考虑到这些误差的存在，就需要对各个测量结果进行误差校正，保证各个数据调整到适应仿真结果的最佳状态。
3结语
在电力系统中，随着电力设备的不断完善、智能化电器设备越来越多，传统的手工抄表作业方式已经不能满足现代社会对于电能的大量需求。基于ZigBee的无线传感器网络下的电表远程监控系统，是由许多微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳自组织网络，具有开放、成本低、性价比高等优点，适合对电表进行远程监控，可实时监测各种环境下的电压电流等参数，便于掌握各用电区域的用电量。但是，还存在很多问题需要我们继续完善，例如如何降低功耗，从而延长智能电表的使用寿命。并且在实际的操作过程中，电表数据的安全性和可靠性也是需要得到强有力的保障。因此在以后的科研工作和实际应用中还应该继续努力，继续深造，使得该技术更加完善。
参考文献：
[1]刘晓敏.基于WSN的远程抄表系统软件的设计与实现[D].东北电力大学,2008.
[2]李文.基于ZigBee和GPRS的远程监控系统设计[J].低压电器,2009,(12):37-39,44.
[3]张琰.基于无线传感器网络的智能家居远程监控系统研究与设计[J].通讯世界,2015,(20):49-50.
[4]崔莉,鞠海玲,苗勇等.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展,2005,42(1):163-174.
论文作者:黄定懿,王蕾,黄镜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/15
标签：电表论文; 传感器论文; 网络论文; 节点论文; 远程监控论文; 单元论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第21期论文;