1、基于 Zigbee 的电缆头温度检测系统的开发摘 要：结合电力电缆接头易发热而引发的故障问题，构建了一套基于 Zigbee无线通信技术的电缆头温度检测系统，实现对电缆头无线测温与远程数据传输等功能，借助于 Zigbee无线传输网络，对各处温度加以收集，并传输到监控后台，一旦电缆头温度异常，将会提前加以预警，避免故障扩大，提升了系统运行过程的安全性、可靠性。 关键词：Zigbee；电缆头；温度检测系统 就供电系统而言，电力电缆供电的应用越来越广泛，与此同时，故障检修率也呈逐年上升的趋势。依据统计数据可知，电力电缆头所引发的事故约占电缆事故的 60%以上。在电力电缆输电电网之中，平均每300m处就
2、有一处电缆头，因此，构建电缆头温度检测系统，对于及时掌握电缆头故障情况，避免火灾事故发生和扩大具有十分重要的意义。 1 Zigbee 无线通信技术概述 作为一种短距离、复杂度低、成本低、功耗低、数据速率低的双向无线通信网络技术，Zigbee 是一组以 IEEE802.15.4无线标准为基础所研发的组网、安全、应用软件等相关通信技术。该技术提供星形网、对等网、混合网等三大类网络拓扑结构，且各网络均有其独特的优势。作为一种以主器件为网络中心的拓扑结构，星形网提供全网协调工作，其他主器件、从器件均分布在覆盖范围之内。对于此种网络结构而言，实现控制、同步均十分轻松，多用于设备量不多的场合。就对等网而言
3、，其主要包括点对点、簇树形两大类，主要由主器件相连而成，该网络结构可靠性更高。星形网、对等网二者可组合，形成混合网，不同子网内部采用星形实现连接，主器件则采用对等方式实现连接。混合网多用于对网络要求较为复杂的情况下，通常在应用环境中具有更强的实用性。 就 Zigbee网络而言，其具有全功能、精简功能设备FFD、RFD。对于 FFD而言，其提供各种标准定义下的各种功能、特性，而对于 RFD而言，其不仅功能简洁，而且对于存储器容量的要求很少。FFD 可实现与FFD、RFD 的通信，但是，RFD 只能与 FFD通信，RFD 间的通信只能借助于FFD加以转发，而 FFD除了能够发送数据，还可接收数据，
4、具有类似于路由器的功能。 2 系统结构设计 对于无线传感器网络而言，其主要由监测区域中所遍布的庞大微型传感器节点所构成，借助于 Zigbee无线通信方式，形成了自组织、多跳的系统结构，能够对区域内被检测对象信息加以采集、分析、处理，并将其发送至协调器上。无线传感器网络主要包括传感器、被监测电缆头、协调器三部分。在每条输电线路上存在多个电缆头，因此，一公里内需要设置 5个节点。 系统结构设计过程中，主要采用的是分布式测量系统架构，网络则由无线传感节点、协调器节点、监控主站三大部分构成。其中，无线传感节点散布在所需监测区域范围内，主要负责温度数据的采集、处理，并借助于无线信号进行传送；采集终端进行
5、数据接收，并将其打包利用GPRS网络传送至监控主站；对于监控主站而言，主要负责数据的解包、分析、储存，再利用 PC软件，就各监测点的数据加以查阅、调阅、打印，对于超出警戒线的节点，能够及时报警。 3 系统硬件设计 系统硬件设计主要包括传感终端节点、采集终端、能量供应模块的设计三大部分。 3.1 传感终端节点的设计 本系统中，传感终端节点主要利用锂电池进行供电，主要安装于强电磁干扰条件下，由于其可靠性高、体积较小、功耗较低，因而属于硬件设计的核心，所采用芯片必须具有较高的集成度，较低的功耗，较小的体积，主要包括温度采集、单片机、供电模块三大部分。 在选择温度传感器时，本文所采用的是智能单线数字化
6、温度传感器ESM6000-ZS，测温范围在-55-125 度，虽然只有三根引脚，但是具有较小的体积、简单的结构与较强的抗干扰力。借助于单总线技术极大地节约了接口资源，只需要一根口线就实现了信息读写，便于进行编程，不需要采用额外 A/D转换芯片。在选择单片机模块时，本文采用的是CC2530单片机，其不仅具有较宽的电压范围，而且具有四种工作方式，功耗低、电池寿命长、便于野外使用。 3.2 采集终端的设计 对于采集终端而言，其主要负责对各测量节点温度数据加以采集、分析、处理，再统一进行打包，借助于 GPRS网络传送至监控主站。对于采集终端而言，要求必须具有较高的性能与存储空间，以及丰富的接口。由于其
7、需长时间处在运行状态，因而借助于高压线路感应取电、锂电池相结合的供电方式，保障系统供电过程的稳定性、连续性。就微控制器而言，主要采用的是 STC12C5A60S2单片机，而 GPRS模块所采用的是TC35i模块，CC2530 与 GPRS模块之间利用 UART实现连接。 3.3 能量供应模块的设计 该部分主要采用的是电磁感应供能发方法，包括取能线圈、滤波、冲击保护、超级电容等部分构成，冲击保护利用 1个 TVS，利用桥式整流， 型 LC滤波，超级电容 1进行能量储存，电容 2提供负载供电。若滤波后电压超出设置电压范围值时，过压保护电路负责将多余电压送至锂电池中加以充电，若互感器输出功率不足，则
8、锂电池负责供电。 4 系统软件设计 本系统利用数据采集周期，就检测电缆头进行实时检测。系统软件负责终端设备所采集数据的分析、处理、显示、存储。 对于采集终端、传感器节点而言，其软件主要在 SUPER2000下，基于 IEC104协议进行开发，包括网络拓扑协议栈，其主要包括硬件抽象层、系统抽象层、ZigBee 协议层组成，各层以任务事件方式集成。SUPER2000为用户提供了便于操作的操作系统平台，各应用均以此为基础，完成各项任务。各设备均有 64位 MAC地址，为便于应用，采用 16位短地址进行自身标识，用以识别对方。就采集终端而言，短地址：0x0000，其由网络协调器加以分配。 该系统的应用便于有关人员及时掌握电缆头实时温度，及时掌握报警信息，找出故障点，便于进一步处理，为火灾预防提供了有力的依据。参考文献 1任秀丽，于海斌.基于 ZigBee技术的无线传感网的安全分析J.计算机科学，2006，33（10）：111-113. 2易丽华，黄俊.基于 AT89C51单片机与 DS18B20的温度测量系统J.电子与封装，2009，25（9）：239-243.
