摘要：社会的快速进步与经济的迅猛增长，使得社会各界加强了对电力系统的重视程度。而作为电力系统中的重要组成部分，远程监控系统直接关系着整个电力系统安全、稳定的运行。基于此，本文以基于ZigBee技术的电力设备远程监控系统为主要研究对象，通过对系统整体设计的简单概述，进而对系统硬件与软件的设计展开了深入探索。
关键词：ZigBee技术；电力系统；远程监控系统
引言：
电力设备的安全不仅关系着整个电力行业的发展，而且还影响着社会的进步与经济的增长。因此，电力系统当中都会包含远程监控系统，通过该系统确保电力设备安全、稳定的运行。传统的远程监控系统中，不仅安全性低、而且信息传递效果较差，不利于电力设备安全的运行。而ZigBee作为当前较为先进的科学技术，具有低能耗、低成本等多项优势，完全可以对传统远程监控系统进行优化。所以，该技术在整个电力系统中具有较高的发展空间。
1.系统整体设计
在整个远程监控系统内，由四个部分构成。一是上位机，主要工作为下发指令，并接受来自于协调器的数据；二是协调器，为整个系统内的通信通道，构建出整个系统内的网络，同时负责子节点的加入；三是路由器，主要将各设备之间产生联系，完成数据流通与交流的任务；四是电表，将收集到的数据显示出来。此外在ZigBee系统内，还包括多个终端节点，该节点运行时耗能较低，但只能发射该节点内的数据。在远程监控系统内，所有供电均由变电柜提供，可以为整个系统的运行提供充足能源，再加上变电柜相距较远，对数据进行传递时，往往会遇到较强的隔离干扰，导致节点脱离与网络，从而影响到整个系统的性能[1]。因此，在对系统整体设计时，所有节点都为路由节点，如图1所示。
图1 远程监控系统整体设计图
2.系统硬件设计
2.1电表协议与转换器
变电柜内使用的测量仪表为上海麦思威尔电器有限公司生产的多功能网络电力仪表，该仪表运行时，可以对电压、电流、功率多项数据进行采集，并且，在仪表的外部，加载了RS485/MODBUS通信，使得其能够展开组网管理。该仪表的MODBUS-RTU通信协议内，存在八个数据位，以及一个停止位。在数据包裹内，还存在从站地址、寄存器等参数[2]。另外，想要使整个远程监控系统达到无线化的目的，还要将RS485内的有线通信清除，并安装MAX485芯片，利用其对差分电平数据进行转换，变为TTL形式的数据，同时连接到ZigBee系统上。
2.2路由器子系统
对路由器子系统进行设计时，选择了德州仪器公司生产的CC2530F256芯片。与一般的芯片相比，该芯片的系统性更强，同时，在该芯片内部，不仅由8051CPU作为内核，而且还有IEEE802.15.4标准作为控制器，从而使整个系统运行时，无线设备之间能够有效的进行信息的交流。此外，该芯片的通信接口处，采用了串行外接的方式，使得路由器与其他设备连接时，两者之间存在一定的空间，为信息流通的缓冲打下了良好基础，以及提升了对硬件流的管控力度，从而为电表内信息的读取提供极大地便利[3]。
2.3协调器子系统
对协调器子系统进行设计时，选择了德州仪器公司生产的CC2538SF53芯片，与上述芯片相比，该芯片内安装了ARM Cortex-M3内核，利用其强大的功能，将RAM增加到32KB，从而提升了整个系统的处理任务的能力[4]。在程序设计内，协调器接收到上微机上的运行指令，并传递给路由器时，路由器会展开信息收集任务，并将收集到的信息传递给协调器，因而，其需要更加强大的RAM，而通过对CC2538SF53芯片发现，该芯片则符合协调器的要求，成为了协调器子系统的最佳选择。
3.系统软件设计
3.1协议栈与操作系统
对协议栈进行设计时，选择了Z-Stack协议栈，其是由德州仪器公司为了提高ZigBee的性能，设计出的解决方案。在协议栈中涉及到很多内容，这些内容全部为ZigBee的基本功能，这些功能运行时，一般采用函数的方式体现出来。所以，想要这些功能发挥出最大的作用，还要在整个协议栈内，加载OSAL操作系统。该系统运行的过程中，通过对时钟参数的改变，并按照MAC层、NL层HAL层、MT层、APS层、ZDO层的顺序，逐渐进行检查，确定每层当中有无存在未完成的任务，若有，则按照顺序进行处理；若无，则会在整个检测活动完成后，自动的加载任务，并利用相应的方式对任务进行计算。
3.2路由器程序设计
对路由器程序进行设计时，是在上述协议栈的基础下完成，其中MAC层、NL层不用改变，开发的过程中，只要对APP层进行一定的调整即可，即加载新的任务，并重新设计其中的硬件即可。如优化串口回调公式，提升整个系统的协调性等。其工作流程如图2所示，通过两个程序共同的处理，完成整个路由器的工作。
论文作者:张浩然
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
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