Zigbee通信技术在配电线路安全监测中的应用

该装置工作原理如下：位于装置顶部的太阳能电池在光照作用下，将产生约3 V的开路电压和300 mA的短路电流；太阳能电池产生的电能在对双电层电容器充电的同时，也对无线单片机CC2430供电；温度传感器通过SPI/UART与CC2430连接，在CC2430控制下进行信号的采集，并将采集到的信号通过CC2430内部集成的射频收发电路通过2.4 GHz/SIM频段进行转发；CC2430一方面控制传感器工作，另一方面可接受上位机的指令，设置自身或传感器的工作状态，并可进入低功耗休眠状态；整个装置在无光照、太阳能电池不发电时，转由双电层电容器供电。数据采集传送装置中各芯片引脚接线如图2所示。

该装置在配电线路安全监测应用时，只需将其温度传感器置于需监测的环境中，而将太阳能电池板置于阳光可直接照射处。例如需要监测某导线温升情况时，只需把温度传感器紧挨导线。在CC2430内写入程序，可以通过软件设置数据发送的周期，或当温升超过某值时发送数据等。
图1中的设备型号及参数选择基于以下几个方面的原因：
(1)选用CC2430可实现多个参数的无线传输，且其功耗低，它可通过软件设置多种工作状态（发送数据状态、接受数据状态、信息采集状态、休眠状态），且方便地实现与传感器不同的连接方式，以及可与不同类型传感器连接。
(2)太阳能电池板的使用使本装置无需外供电源。
(3)超级电容的使用使本装置的维修量大大减少，与一般电池相比有以下优点：
①几乎可以永无止境地充放电(100 000次)，但是电池却很难达到1 000次充放电；
②可提供很高的放电电流，根据经验，电池的电流却会因为多次的电流脉冲而不断减少；
③可快速充电，但如果是电池快速充电，容易发生危险；
④不需维护，可在极端的恶裂的环境中(即便是-40 ℃的温度中)使用。
(4)300 mA 3 V的太阳能电池板对30 F 2.5 V的超级电容充电速度快，实验结果如图3所示。该结果表明，在一般光照强度下(约15 000 LUX)，电容起始电压为0 V，经4～5 min就可启动CC2430，20 min就能将电容充到2.95 V左右。

(5)30 F 2.5 V超级电容的存储电能的能力对于本装置已足够，图4为图1中超级电容放电实验电路图。实验结果表明，30 F 2.5 V的超级电容从2.95 V开始放电(CC2430节点每10 s发送1次数据)：共放电4 275次，约12 h，至1.75 V截止。
(6)本装置选用的设备数目少、成本低、维修量也小。
由于Zigbee通信技术的低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量、高安全、协议统一的众多特点，Zigbee装置适用于配电线路的安全监测，提高了配电线路安全监控的自动化水平和电网的安全可靠经济运行。
参考文献
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