简介:关于本文可作为相关专业监测输电论文写作研究的大学硕士与本科毕业论文监测输电论文开题报告范文和职称论文参考文献资料。
（1．山东日照供电公司,山东 日照 276800；2．山东工商学院信电学院,山东 烟台 264005）
摘 要：以GPRS 和ZigBee 无线传感器网络技术为基础的输电线路综合监测系统的工作原理是：传感器节点采集导线拉力、倾角和气象等信息,由无线传感器网络传输到监测子站系统进行数据融合处理,并通过GPRS公网把数据传回主站监测系统.该系统具有良好的可扩展性、可靠性,功耗较低、维护方便.文章详细阐述了监测子站和无线传感器节点模块的硬件结构,以及主站系统、子站系统的软件工作流程.
关键词：无线传感器网络；ZigBee ；GPRS ；输电线路；综合在线监测
输电线路在线监测系统:输电线路在线监测
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）10-0144-03
作为电能生产、输送、供应的载体,电力设施是输送动力和光明的通道,而高压输电线路更是远程电能输送的关键设施,与百姓日常生活息息相关.高压输电线路大多分布在野外,线路覆盖面广,所处的地理环境、气候条件恶劣,由于距离远、分散性大、气候恶劣、电磁干扰严重等因素,一直以来没有有效的安全防范措施,线路维护工作量大、危险性高.对高压输电线路运行状态的检测一般依靠传统的人工巡视方法来进行,这种方法受主观因素影响较大,难以保证结果准确无误,而且会耗费大量的人力、财力和物力,同时也不能做到实时在线测量,效率很低,不能及时发现高压输电线路上存在的安全隐患,甚至导致发生杆塔倒塌等重大的安全事故,造成大面积停电,严重损坏国家的利益,影响民众的日常生活.由于高压输电线路所在环境、位置都不同,区域差异大,如果采用常规巡检手段,检查一次周期长,而且无法第一时间发现隐患.同时受到各类技术及条件的限制,输电线路上的实时信息也无法实时传输至控制中心,因此研究基于无线传感器网络的输电线路综合在线监测系统是十分必要的.
一、无线传感器网络技术
无线传感器网络（ W i r e l e s s S e n s o rNetwork,WSN）是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域.基于ZigBee技术的无线传感器网络具有体积小、成本低的特点；兼具感知能力、计算能力、通信能力三者技术为一体,网络的拓扑、信道的环境、信息传输模式随网络节点部署改变而变化.
与其他无线通信技术相比,ZigBee具有省电、可靠、成本低、时延短、网络容量大、安全等优点.ZigBee技术特别适合数据传输速率低、设备间距小、电力供应困难的工业监测应用环境.输电线路中绝缘子、输电线、变压器等监测对象都离杆塔很近,需要采集的数据量少,采样时间间隔较长；另外监测装置在电能获取方面很困难,都需要太阳能电池板对蓄电池充电才能长期运行.由此可见ZigBee技术非常适合应用于输电线路的监测.
二、输电线路综合在线监测系统设计
(一)系统架构
基于ZigBee技术和GPRS的输电线路综合在线监测系统架构如图1所示.输电线路无线传感器网络综合在线监测系统主要包括三个部分：传感器节点模块、子站系统、主站系统.部署在现场的传感器节点将高压输电线路的气象数据、导线拉力、倾角等数据采集后进行处理,并通过自组网构建的无线网络传输到子站系统进行数据融合、处理,然后子站系统通过接入GPRS公众网络,将监测数据传回主站系统.主站系统通过子站系统传来的数据,根据相应的数学模型计算导线覆冰厚度以及舞动情况,并以表格及图形界面相结合的方式显示杆塔的气象数据（如环境温度、湿度、风速、风向等）、图像视频数据、以及导线的覆冰厚度、舞动情况等,为输电线路的运行维护提供决策依据.
子站系统中监测主机和监测终端传感器节点模块的硬件设计原理如图2和图3所示.监测主机核心处理器单元采用FreeScale公司的16位芯片MC9S12XS128.监测终端主处理器采用16位芯片MC9S12DG128.射频收发芯片采用了FreeScale公司的短距离、低功耗、工作在2.4GHz的MC13193,该芯片包含了IEEE802.15.4协议的物理层和MAC层,自带ZigBee协议栈,提供可编程的时钟供基带MCU使用,通过串行论文范文接口（Serial PeripheralInterface,SPI）与MCU通信,输出功率也可由编程设定.
子站系统监测主机由5个模块构成：主控模块、无线通信模块、图像控制模块、电源模块、数据存储模块.各个模块采用标准化设计,根据监测需求可以灵活配置及扩展.为方便运行维护和安装调试采用插件式结构,各功能独立的监测模块可以采用插件集成方式,也可以独立安装.监测终端的硬件结构比较简单,主要包括拉力、倾斜角、气象等数据采集模块和ZigBee通信模块.
监测主机一方面通过ZigBee无线传感器网络与监测终端通信,另一方面通过GPRS将数据传输至主站系统.
子站系统的电源采用太阳能/风能+蓄电池方式,根据在线监测子系统的功耗、区域日照状况和蓄电池备用时间,配合子站系统内的电源控制管理模块,具有电压监测、低电压保护、过电流保护、自动休眠和智能电源管理功能.
(三)软件系统设计
1．主站软件系统.主站监测系统包含气象监测、覆冰监测和图像视频监测功能.监测子站将监测结果通过相应的通信协议,将监测数据以报文的形式发送到主站监测系统.主站监测系统对报文进行解析处理,得到监测数据,并通过数据判断输电线路是否有覆冰产生,如果有覆冰,主站会产生报警信息.主站软件在启动后,首先对监测子站和监测终端进行参数设置,然后设定主站的IP地址和接收端口.主站监听接收端口,当有数据到达时,先在数据报文中寻找子站信息并与主站中记录的子站进行匹配,匹配成功后再对报文进行分析处理；否则认为不是子站发来的数据,直接将数据丢弃.在对报文进行分析处理过程中,先需要判断子站时间与主站时间是否一致,如果不一致需要进行对时.主站系统与子站监测主机之间进行通讯及数据处理过程如图4所示：
2.子站软件系统.监测子站开启后先读取配
置信息,包括主站的IP、端口号、采集终端的采集时间、主周期时间、采集频率等.然后开启GPRS公网通信模块并连接主站,等待接收气象采集终端和覆冰采集终端达到主周期时主动上送的采集数据,存储采集数据并上传主站,然后发送命令让各采集终端进入休低功耗模式.子站系统软件流程如图5所示：
三、结语
无线传感器网络技术采用免费无线频段,自由组网方式灵活,网络建设方便,对公众移动通信盲区的覆盖经济有效,成本较低,是目前在高压输电线路这种特殊环境下仅有的行之有效的手段；而且传感器节点模块功耗低,生命周期长,不用频繁更换设备.
本文设计开发的基于GPRS和ZigBee技术的输电线路综合在线监测系统在软硬件方面均具有良好的扩展性,支持多种组网模式.在山东日照电力公司输电线路现场测试和实际试用结果表明,系统功能完善,技术指标先进.
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基金项目：本文系山东省自然科学基金资助项目（项目编号：Y2007G26）研究成果之一.
作者简介：安勇（1963-）,男,山东日照供电公司高级工程师,研究方向：电力系统自动化；刘成印（1962-）,男,山东工商学院信电学院教授,研究方向：电力电子技术.
（责任编辑：刘 艳）
总结：该文是关于监测输电论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
输电线路在线监测系统引用文献:
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