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ZigBee技术在变电站监测系统中研究与应用 　　【摘 要】 现有的变电站通信多是采用有线网络进行信号的采集、传输和发送，且变电站设备繁多，信号复杂，存在综合布线难、成本高、维护困难等弊端。针对现有变电站在线检测方式的不足，提出了在变电站监测系统中应用ZigBee技术，论证了ZigBee技术在变电站自动化通信中应用的可行性，设计了适用于变电站数据通信的终端ZigBee模块，该设计提高了变电站监测系统的安全性和可靠性，对于实现变电站监测系统无人化及无线化，保障人民安全和财产安全具有重要意义，具有较好的应用前景。 　　【关键词】 ZigBee 无线网络 监测系统 　　1 ZigBee技术简介 　　随着无线技术的高速发展，特别是无线传感器网络技术的发展给变电站复杂的线路布线提供了很好的解决办法。变电站电气设备监测的无线化已经成为变电站设备监测发展趋势[1]。本文提出的监测系统就是基于ZigBee无线传感器网络技术，通过无线网络将各设备监测点的温度、电流、电压、频率等参数信息发送到监控中心， 既可以实现变电站内各电气设备监测节点的输出传输，又可以实现高压和低压的隔离，并且成本也不是很高。Zigbee是一种高可靠的无线数传网络，它依据IEEES02.15.4.IEEES02.15.4是IEEE无线个人区域网（PAN，Persona Area Network）工组的一项标准，ZigBee联盟提供了上层协议栈，包括网络层、安全层和应用层，其结构如图1所示。 　　ZigBee协议定义了3种拓扑结构：星型结构、树形结构、网状结构，如图2所示，在网络中依照处理能力大小分为精简功能设备，ZigBee协调器，ZigBee路由器和ZigBee终端设备。 　　2 ZigBee技术应用于变电站监测系统的可行性 　　2.1 通信可靠性 　　采用碰撞避免机制，避免了发送数据时的竞争和冲突，网络具有自组织性和自愈能力.采用AES-128加密法，保证数据不会被“盗听”或“误判”，因此通信可靠”。 　　2.2 实时性 　　ZigBee从休眠状态唤醒的时延很短。从休眠状态唤醒的时延为15ms，进行搜索的时延为30ms，活动装置接入网络时延为15ms。通过不工作时休眠，需要工作前快速唤醒的方式降低了模块的能耗，可应用于对时延要求较高的无线组网数据的传输。 　　2.3 抗干扰性 　　采用2.4GHz的无线收发器，利用直接序列扩频技术，通过正交相移键控调制方法来实现.这样不仅隐蔽性好，抗干扰性强，而且工作频段灵活，可以调高通信速率。 　　2.4 网络容量大 　　ZigBee在进行多节点组网时，可以采用星状、网状等结构进行组网，ZigBee最大组网能够达到65000个，在整个ZigBee网络范围内，单个ZigBee模块之间可以互相通信。 　　由上分析知，ZigBee通信技术符合变电站监测系统对通信技术的要求，具有可行性。 　　3 系统设计 　　整个系统由若干无线传感器网络终端节点、路由器节点和网络协调器、无线数传终端、监控机和报警装置组成.终端节点部署在变电站要检测的设备处，路由器负责将数据路由转发至网络协调器.网络协调器得到汇总数据，对数据进行压缩并通过无线数传终端发送至智能电子装置（IED，Intelligent Electronic Device）。IED通过以太网传至监控主机，监控主机实时接收采集到的各种数据，保存至后台数据库，前台监控系统实时检测采集到的数据。 　　3.1 网络协调器 　　网络协调器是全功能设备（FFD），包含所有的网络消息，存储容量最大，计算能力最强[3]。系统采用Chipcon公司的CC2430芯片作为无线收发模块。CC2430芯片延用了CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，使用1个8位具有增强型MCU（8051）微控制器，具有32/64/128kb可编程闪存和8kb的RAM，还包含模拟数字转换器、AES一128安全协同处理器、看门狗定时器、32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路，以及21个可编程I/0，特别适合以ZigBee为基础的2.4GHZ波段对低成本、低功耗的应用要求。 　　3.2 终端节点和路由器节点 　　ZigBee终端节点结构和功能最简单，主要由RFD承担，由以下4部分组成：（1）数据采集模块，由传感器和A/D转换器组成，负责采集数据和模数转换；（2）数据处理模块（优化的8051）和存储器组成，负责节点的处理计算和控制、数据采集及存储；（3）无线射频通信模块，由CC2430组成，负责无线通信数据的发送和接收。 　　4 ZigBee在变电站中的应用 　　4.1 变电站的分层结构 　　目前，变电站综合自动化系统结构主要