文档介绍：无线传感器网络在配电设备监控中的应用研究
郭巍,胡仁杰,蒋玮
(东南大学电气工程学院,南京210096)
摘要:为了满足配电设备在线监控中监测系统小型化、低功耗、低成本等条件,。文中着重介绍了网络节点电路结构,软件协议平台设计以及系统低功耗策略。通过在线温度监控系统可以评估设备当前状况和检测设备的异常,还可以帮助调整设备的技术规范和等级,确定被监控设备的实际限度,优化操作。
关键词:无线传感器网络,MSP430,低功耗,配电设备,温度传感器

电厂设备监测系统为电厂监控系统提供现场设备的各种参数、数据、开关量和模拟量等信息,根据这些信息分析设备状态、执行开环、闭环控制与调节,对设备故障和事故进行报警和相应处理,保证设备最优运行状态。通过在线温度监控系统可以评估配电设备当前状况和检测设备的异常,还可以帮助调整设备的技术规范和等级,确定被监控设备的实际限度,优化操作。无线传感器网络技术具有实时性好、低功耗、准确性高、成本低等特点,因此十分适合于配电设备的监控应用。
本文研究一种配电设备在线检测的微型无线传感器网络实验系统,2420无线射频芯片为基础进行了无线传感器网络节点硬件的开发。文中描述了硬件设计目标、设计思路和关键模块的实现;软件协议平台的实现;硬件和软件的低功耗设计。

通过温度监控和数据分析,得到了设备正常运行情况下的温度分布和各相电流与温度的对应关系。通常,A相、B相、C相之间的温度差异在5℃~10℃之间。当在某相电流影响下发生热异常时,会导致热量分布发生偏移,如图1所示。A相引起的温度上升伴随着C相上温度的改变,这样,上端的导向盘比下端的温度更高,而在正常情况下则相反。这样,就可以实现分布式配电设备的在线监控和诊断。
图1:A相引起的热异常下温度分布

该系统由安装在4个中压断路器的6个导向盘中的无线温度传感器节点组成。无线传感器节点的位置和温度信息通过无线传感器网络传送到控制室,系统拓扑结构如图2。由无线传感自组网组成的温度监控和分析系统,可以极大地提高设备的可靠性,降低设备受损率和维护工作。
图2:检测系统拓扑结构
节点总体设计
硬件系统包括网关节点和传感器节点。为了节约成本以及便于节点角色更改,网关节点与传感器节点采用相同的PCB设计,传感器节点与汇聚节点的区别体现在软件以及去除不必要的外围电路上。传感器节点的基本功能模块有处理器模块、无线通信模块、传感器模块、电源模块和其他外围模块。为了提高系统的可扩展性和可靠性,传感器模块和无线通信模块均采用子母板设计方式,将无线通讯模块和传感器单独置于子板上,通过通用扩展接口插槽与母板连接。网关节点采用USB接口与上位机通讯,实现实时获取网络拓扑结构、传送上位机查询命令和传感器节点的获取数据的功能。
图3:传感器节点总体设计框架

就低功耗而言,MSP430F1xx MCU 系列表现非常突出。处理器模块选用了TI公司的微处理器MSP430F169。它提供业界较低的电流消耗,,,而运行模式电流低至300μA,从休眠至正常工作整