基于ZigBee的电力参数测量系统

时间:2022-08-19 08:50:00

基于ZigBee的电力参数测量系统

摘 要:本研究主要是将电力分析仪及数字电表测量到的数据经由Zigbee无线传输至PC机,并利用Zigbee连接板将各个感测节点测量到的参数一并传输至LabVIEW图控软件来显示数值结果,透过计算机网络进行远程监控,达到长时间系统监测及数据记录与分析的目的。

关键词:电力参数测量;ZigBee;LabVIEW

DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.178

1 绪论

目前的电力参数测量系统测量方式大多还是以电表连接线路为主,但是如果测量目标的距离不方便以线路连接时,则使用受到限制,例如:要在室外测量温度、湿度、照度等参数时,都需要透过 RS-485 布线才可获取到希望测量的数值。如今测量仪器均可搭配 RS-232 传输线连接至计算机,但在有线的情形下无法将测量距离拉远。现在则可透过 ZigBee-CC2430 来传送所需的参数,而且远程测量亦可有效的提升效率与安全性。此系统能由ZigBee无线传输特性碛行提升感测距离,实现随时随地都可测量且携带方便的设备。

2 系统架构

本研究硬设备主要是PC机、电力分析仪 TES-3600、无线传输模块 ZigBee-CC2530、Xbee连接板、数字电表 Protek608。程序软件则使用LabVIEW图控软件与 IAR 软件。LabVIEW是由美国国家仪器(National Instrument)于 1986 年发展出的图控语言(Graphic Language),使用图像对象函数的方式编辑程序,取代传统用文字编辑的方式,让使用者能简单上手并了解程序结构。而系统的结构就像是虚拟仪表一样,使用计算机对远程的控制对象下达命令。而LabVIEW主要功能为讯号之测量、分析、数据储存和数据获取等,其应用程序架构分为两部份,分别为前置面板(Front Panel)窗口与程序方块(Block Diagram)窗口。前置面板窗口是属于用户的人机接口,也就是用户使用计算机的窗口,可以执行数据和命令的输入、显示相关运算、监控及获取结果等。面板窗口上有两种重要的对象,一是输入,称为控制对象( Control ),另一个输出,称之为显示对象(Indicators)。通过不同的控制与显示对象,以设计出一个虚拟仪表出来。至于设计前置面板之相关应用程序,就称为程序方块窗口。依前置面板所设计的虚拟仪表面板,进行相对应的程序撰写。其中可能包含常用的数据结构、数组、常数、变量或更复杂的方程式等。IAR Systems 公司的产品 IAR Embedded Workbench 是一套整合开发环境,使用于 C 语言或C++编写的嵌入式应用程序进行编译和除错。开发环境包含 IAR 的 C/C++编译程序、汇编器、链结器、档案管理器、文件管理器、工程管理器及 C-SPY 除错器。兼容于 ARM、Samsung、Texas Instruments 等厂商的芯片。而本研究使用Texas Instruments的CC2530芯片为ZigBee架构,因此使用 for MCS-51 版本来开发。

本系统架构如图 1 所示。在 PC 上利用LabVIEW软件下指令,以Xbee芯片无线传输的方式,透过RS-232 接口转换后给电力分析仪,使电力分析仪将测量到的数据透过无线传输的方式回传到 PC 上的LabVIEW人机接口监控数值;也可在人机接口上利用无线传输接收数字电表回传的数据。各个感测节点则经由 Zigbee-CC2530 连接板传输到节点收集参数,通过无线传输传回到LabVIEW软件进行监控。

3 讨论

本研究以理论与实务相互配合,利用LabVIEW人机接口下达指令分别把电力分析仪和数字电表测量到的参数藉由Xbee芯片回传封包数据到 PC 上,再整合各个感测节点侦测数据一起显示在LabVIEW接口上,并可利用 PC 进行远程监控,以达到长时间系统监测和数据纪录分析。由于本系统采用无线传输的方式进行远程监控,已经改善传统利用接线来传输数据上的机动性及测量距离;传统以接线方式来回传测量数据虽然稳定,却因为传输线距离上的限制,导致测量范围难以扩大;本系统之所以采用ZigBee无线传输,除了降低有线传输的距离限制外,ZigBee的传输稳定性也和有线传输不相上下,在此无线传输更符合近年来的趋势。

然而此系统更可以应用在放置高精密设备仪器的场合,若在此类的实验室中会需要控管内部的温度、湿度及照度,除了随时监控内部环境之外,电力分析仪和数字电表即可做为测量设备之用途。

4 结论

本研究成果如下:(1)利用LabVIEW下达指令给电力分析仪进行电力参数测量,并将结果回传。(2)利用LabVIEW下达指令至数字电表,进行测量后将数据藉由无线传输芯片回传到PC。(3)将温湿度传感器、光敏电阻、三轴加速度传感器测量的数据透过 ZigBee-CC2530 感测板无线传输回传至 PC。(4)整合各个传感器、电力分析仪和数字电表测量到的数据,一并显示在LabVIEW接口。(5)改善传统以连接线连接计算机所产生测量距离受限之问题。(6)采用无线传输后,使得本系统可以随身携带,更具机动性。

参考文献:

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[2]Xu Y,Zhang J,Wang W,et al.Energy router:Architectures and functionalities toward energy internet. Smart Grid Communications (SmartGridComm),2011 IEEE International Conference on.IEEE,2011:31-36.

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