嵌入式系统中zigbee对输电线路变电站的高效监控

美国Sangeetha¹, S.Muruganand²， Azha Periasamy²

M.Phil。印度泰米尔纳德邦哥印拜陀巴拉提尔大学电子与仪器学系学者
印度泰米尔纳德邦哥印拜陀巴拉提尔大学电子与仪器学系助理教授

摘要

本课题提出了一种创新的设计方案，开发了一种基于单片机的变电站配电变压器功率监测系统，以防止上述参数的升高。主站对配电变压器的保护是借助ZIGBEE通信完成的。此外，该系统还在主站LCD上显示，从而避免了变电所的损坏。设计一般由两个单元组成，一个在变电所单元，称为发射单元，另一个在主站单元，称为控制和接收单元。变电所中的变送器是由PIC单片机连续监测功率的地方。ZIGBEE用于传输所获得的信号。主站控制单元通过ZIGBEE接收机接收发射信号，并在LCD和LED上显示，并根据接收到的信号作出反应。

关键字

PIC单片机，LCD, LED, ZIGBEE，主变电所。

介绍

电是一种必要而有用的能量形式。它在我们现代工业化社会中扮演着越来越重要的角色。变压器的维护是电力委员会(EB)最大的问题之一。变压器在绕组中可能因过载和短路而烧坏。电力从配电变电站的输电网开始，在那里电压被降低，并由较小的配电线路输送到商业、住宅和工业用户。

电力系统可分为两个站，即主站和变电所。采用PIC单片机对变电所供电进行监测，并通过ZIGBEE传输，主站接收信号并与参考电压进行比较。由于主站的微控制器操作，如果功率增加超过所需功率，则增加的范围将由LCD显示，并使用LED和蜂鸣器指示。关闭变电站可以避免进一步的损坏。

工作原理

变电站由ZIGBEE变送器和PIC单片机组成。主站由PIC单片机、ZIGBEE接收机和LCD显示屏组成。变电站中的功率由PIC单片机连续采集，并通过ZIGBEE变送器传输到主站。主站中的ZIGBEE接收机接收信号并将其与参考电压进行比较。如果接收到的信号低于参考电压，则不显示任何变化，如果高于参考电压，则液晶显示器显示增加的范围，并使用LED指示，可以通过使用主站的继电器关闭变电站来避免进一步的损坏。

硬件描述

A. PIC微控制器:本项目使用PIC 16f877A控制器。8位CMOS微控制器，flash程序，RISC处理器，全静态设计，5个接口。A端口、B端口、C端口、D端口、E端口，共33条I/O线。控制器有8kx14字的闪存，368x8字节的数据存储器和256x8的EPROM数据存储器。它是可编程代码保护。用户代码将存储在闪存中。5V电源分别给控制器的VDD和VSS。微控制器用于监测变电站配电变压器的功率，防止系统功率参数升高。

B. ZIGBEE: ZIGBEE基于IEEE 802.15.4个人局域网。ZIGBEE规范定义的技术旨在比其他wpan(如蓝牙)更简单、更便宜。ZIGBEE针对需要低数据速率、长电池寿命和安全网络的射频(RF)应用。ZIGBEE的定义速率为250kbps。在变电所单元中，对功率进行连续监测，通过ZIGBEE发射机进行传输，发送的信号由ZIGBEE接收机接收。

C.变送器部分:每个两个变送器是一个CMOS逆变器，由+ 10V内部产生的电源供电。输入是TTL和CMOS兼容的逻辑阈值约为26%的Vcc。如果一个未使用的发射机部分可以不连接:连接在晶体管输入和Vcc之间的内部400KΩ拉起电阻将把输入拉高，形成未使用的晶体管输出低。开路输出电压摆动保证满足RS232规范+ 5v输出摆动下的两个发射器驱动3KΩ。输出时的慢速速率限制在30V/μs以下，有电完成输出阻抗最小为300Ω， Vcc =0V时加+2V。输出有短路保护，可以无限地短路到地。

D.接收器部分:两个接收器完全符合RS232规范。它们的输入阻抗在3KΩ之间，无论是否施加5V电源，它们的开关阈值在RS232规范的+3V范围内。确保与RS232 IIP或TTl\CMOS输入兼容。MAX232接收机的VIL为0.8V, VIH为2.4V，具有0.5V的滞回，提高了对噪声的抑制能力。当RS232输入大于2.4V时，接收机的TTL\CMOS兼容输出将较低。当输入浮动或驱动在+0.8V和-30V之间时，接收机输出将很高。

E.电路图说明:电路图如图3所示。参考电压在c程序编码中是固定的。一个电位器连接到U2 PIC微控制器的参考引脚-2。信号由U2控制器TX pin-25通过ZIGBEE发射机传输。发射信号由ZIGBEE接收机接收，馈送至U1控制器RX pin-26。C、D端口连接LCD显示屏。LED和蜂鸣器连接在B口33脚和34脚上。

软件描述

A. MPLAB: MPLAB IDE是一个集成开发环境，为开发工程师提供为各种Microchip设备开发和调试固件的灵活性。MPLAB IDE是Microchip Technology集成PIC微控制器(MCU)和PIC数字信号控制器(DSC)家族的基于windows的集成开发环境。在MPLAB IDE中，您可以:

•使用内置编辑器创建源代码。

•使用各种语言工具组装、编译和链接源代码。

B. CCS C COMPILER:它提供了最优化的Microchip PIC MCU和dsPIC DSC C COMPILER for Windows和Linux，以及强大的集成开发环境。我们的编译器支持PIC10, PIC12, PIC14, PIC16, PIC18微控制器，现在支持Microchip PIC24/dsPIC芯片。CCS C编译器包含大量有用的例程库和用于硬件外设的可运行示例程序。该编译器用于编译嵌入式c语言程序。

C. MPLAB SIMULATOR: PROTEUS是一个用于运行十六进制代码程序的离散事件模拟器。它用于在进入硬件之前调试软件。

D. PCB设计:PAD 2 PAD用于制作PCB原理图。履带采用绝缘底座制成。PCB是用来将电信号传输到铜上的。电子电路的性能取决于PCB的布局和设计。

E.印刷电路板准备:布局打印在牛油纸上。它是在覆铜板上丝网印刷，用氯化铁溶液蚀刻，用PCB钻头钻孔，切割不需要的材料，焊接组件。