基于zigbee协议的无线传感器网络在单相电力监控系统中的应用

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1、基于Zigbee协议的无线传感器网络在单相电力监控系统中的应用MuhammadFajriBayuAnbya,MuhammadSalehuddin,SutantoHadisupadmo,EdiLeksonoDepartmentofEngineeringPhysics,BandungInstituteofTechnologyJalanGaneca10,Bandung.Indonesiamr.anbya@gmaiLcom,muh.salehuddin@gmaiLcom,sutanto@tfitb.ac.id,edi@tf.itb.ac.id摘要：在工业自动化和智能建筑设备的审计和

2、能源管理系统的发展已经被研究了许多年。电能监控系统现在使用基于无线网络应用的实时测量设备。本文中我们考虑一种基于能量计ICADE7753的用于单相电力监控系统的星型结构无线传感器网络的应用。Zigbee作为无线协议使用。它有许多好处，比如说低成本，低功耗，低数据速率，而且支持网状网络IEEE802.15.4。对于服务器监控系统，Ext-JS框架被作为与IDEArduino集成的客户端编程。统计表示，对于30个测量数据样品，电流测量直到5.3μArms可以保证给出精确值，错误率为0.03%，电压测量直到226.5μVrms可以保证给出精确值，错误率为1.23%。实际上，测量数

3、据每10秒的间隔出现一次，在有障碍下4最大传输距离为40米，无障碍下传输60米。关键词：无线传感器网络，单相电力监控系统，Zigbee协议，能量计ICADE7753.Ⅰ.简介能源是必不可少的。在建筑物里，电能是唯一的一种为了灯光系统，HVAC和电子设备的使用等各种目的而消耗的能量载体。然而，不可否认的是大多数商业建筑和长期经营的工业部门有浪费性的消耗能源的倾向。在美国，公司和工厂的能量消耗一般能够达到平均30%-40%[1]。在工业自动化和智能建筑设备的审计和能源管理系统的发展最近几年已经开始研究了[2]。缩小能源消费的操作成本而不减少产量是有需要的。能源审计的对象集中在工

4、业制造行业和商业建筑的营利活动中的电能消耗。应对这个问题的最好方式就是设计一种电能监控系统。这个系统允许实时的进行先进的测量和电能数据获取。监控和数据获取对于观察当地资源，监视能量转化效率，使用交互通讯系统发送错误报告是重要的。今天，被运用到诸如家庭控制，楼宇自动化，工业过程控制，健康护理和能源管理等多样化应用上的无线通讯技术正变得越来越流行。一些研究人员已经开始研发无线技术的应用，例如将无线能量计的读数整合进传感器网络，设计一个基于集成电路的无线能量计规范[3]。本文建议一种基于能量计ICADE7753的用于单相电力监控系统的星型结构无线传感器网络。PhilipRing已

5、经采用它来开发具有内嵌2.4GHz802.15.4模块的能量计无线协议[4]。Zigbee被作为具有了很多诸如低成本，低功耗，低数据速率以及对网状结构网络IEEE802.15.4的支持等优势的开源无线协议[5]。Zigbee协议已经在建筑物能源监控的系统集成中被开发了[6]-[7]。对于服务器监控系统，Ext-JS框架被作为与IDEArduino集成的客户端编程。Ⅱ.概念设计在电力监控系统设计中的概念就是无线传感器网络（WSN）应用。传感器网络最初包含小的或大的节点。这些节点扮演了终端设备，路由器和协调器的角色。本文中，终端设备被指定作为主设备，协调器被指定为基站。在主设备

6、和基站之间的无线通信功能在XbeeOEMRF模块中通过Zigbee协议被重建。星型结构用于无线网络系统，在这个网络系统中有一个基站功能和一些其他功能作为传送测量数据和数据获取系统的主设备（终端设备）。图1.星型结构应用在无线网络系统中图2.电力监控系统概念设计A.系统结构应用Zigbee无线传感器网络的电力监控系统结构设计在图2中进行了描述。这个系统被分成3个部分，有主设备，基站和服务器。1）主设备图3.主设备过程框图能源监控系统从电流传感器和电压传感器这两个传感器的感应过程开始。能用的电流传感器有电流变换器和分流器或者罗氏线圈。电压传感器是一个简单的电压分压电路。为了向能

7、量计芯片ADE7753Z输入数据，每个传感器的电压输出信号必须被限制在0-500mv范围内。然后从ADE7753获得的信号将会被ADC转换并且存储在寄存器地址。这个数据将会以有功功率，视在功率，真正节能，视在节能和周期的形式来反映电能的情况。Arduino是主设备的大脑。Arduino将会从激活，数据寄存器定义，数据存储和数据操作来设置ADE7753系统。。寄存器包含的重要数据将会被Arduino携带并且存储进RAM。在ATMega微控制器IDEArduino操作数据转换的计算之后，每一个电量数据都将被打包进一个长