基于無線傳輸的電能質量監測系統

摘要：針對東莞高科技工業園的實際情況，提出了一種基于無線傳感網絡的電能質量實時監測系統。系統采用DSP加ARM結構完成對現場電信號的采集、分析和處理，通過高可靠性ZigBee CC2530模塊實現DSP與ARM間的無線通信，完成數據的傳輸。重點介紹了射頻電路及天線的設計，分析了電磁兼容及抗干擾措施，采用SmanRF Studio 7驗證電路的RF性能，測試結果表明該系統能滿足工業園中自動化生產線的精密儀器、設備的電能質量的實時監測的要求。
關鍵詞：電能質量監測；無線傳感網絡；射頻電路；天線；RF性能

0 引言
具有“世界工廠”稱號的東莞，在新的經濟形勢下，工業自動化水平不斷提高，工業園內對電源敏感的高科技電力設備越來越多，電能質量的實時監測是提高生產效率、節能減排、安全生產的關鍵，本文針對東莞高科技產業園對電能質量的要求，提出了一種基于ZigBee無線
傳感網絡的電能質量實時監測系統。該系統不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網方便、動態拓撲、低成本、大容量、高可靠性的特點，能很好地滿足高科技工業園電能質量實時監測的實際需要。

1 系統概述
系統結構如圖1所示，由數據采集節點，ARM9S3C2440控制模塊(匯聚節點)、本地上位機、遠程監測管理中心組成，數據采集節點分布在每個需要監測的電源點，比如：每臺精密加工設備，每臺變頻調速驅動器，自動化生產線等；S3C2440模塊(匯聚節點)分布在離數據采集節點約40 m距離的范圍內，本地上位機分布在各廠監控室，遠程監測管理中心放置在工業園電力管理中心，各部分的功能如下：
(1)數據采集節點：由電壓、電流互感器、信號調理電路、頻率同步電路、A／D、DSP及ZigBee模塊組成，電壓、電流互感器將從電網上得到的電壓、電流信號轉換成適合A／D轉換的交流小信號，經濾波后輸入到A／D轉換器，DSP讀取A／D轉換結果并進行相關電能質量參數運算和分析，分析結果通過CC2530無線通信模塊傳送至ARM控制中心，頻率同步電路的作用是減小非同步采樣造成的FFT算法中的柵欄效應。
(2)S3C2440模塊(匯聚節點)：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統下位機的管理控制中心，負責數據采集節點和本地上位機之間的通信與數據交換，ZigBee模塊作為協調器，負責通信鏈路及路由的建立以及數據包協議轉換等。
(3)本地上位機：本地使用PC作為上位機，完成數據收集、數據分析、結果顯示及存儲等功能。
(4)遠程監測管理中心：遠程用戶通過互聯網接入本地上位機的服務器平臺，通過“終端一服務器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實現數據和信息的共享。