无线远程实时监控监测输电线路及电力塔的系统设计

无线远程实时监控监测输电线路及电力塔的系统设计

吴应洪

（冀北电力有限公司廊坊司供电公司河北廊坊市065000）

摘要：本文根据输电线路和电力塔所处的位置以及它所处的实际环境，可以采用无线远程实时监控的手段对其系统进行设计，现在所用的常规巡检方法巳不能及时巳和有效的发现隐患的存在，采用Zigbee无线传输技术建立电力塔和输电线路所处环境的信息网络图，可以实时的监控和预报系统出现故障的原因，可以对电力塔和输电线路等一些传输设施和通道走廊进行保护。

关键词：输电线路；电力塔；监测；ZigBee；无线传输

1、引言

电力设施是人们在生产和生活中存在的必不可少的一部分。电能是否能够安全的远程运输的关键因素是输电线路和电力塔设备是否完好和这些设备所处的周边环境。人为损害或者是自然灾害等一些不确定的因素可能会对电力设施造成伤害，甚至会给日常生活或生产带来巨大的经济损失。由于人工对输电线路和电力塔的位置以及所处的环境进行监测和维护操作起来很不方便，本文针对电力设施所处的环境和位置，利用无线智能监测技术对其情况进行监测，采集各种预警信息，然后通过远程输送，从而实现输电线路和电力塔的安全监控、监测减少不必要的经济损失。

2、关于无线传感器网络原理

无线传感器网络的优点是可扩展性、智慧化和低功耗等性能，无线传感器网络可以组成采集和传输网络，即把能够采集信息的传感器和网络连接起来，从而达到对信息的实时监控。物联网技术的基础是无线传感器网络技术，它的作用是实现物与物之间的交换。无线传感器的组成部分是传感器节点、管理节点和基站，它由物理层、应用层网络层、传输层和数据链路层等协议组成。

无线射频技术是电力设施检测中常用的一种无线通信技术，它主要在近距离和低功耗设备中应用，可以实现对设备进行点对点的无线监控，而且不用重新布线。ZigBee、WiFi和蓝牙是目前常用的无线射频技术，简单的分析测一下这三种技术的优缺点，从而选择无线传感器的工作方案。

Zigbee技术采用的无线标准是IEEE802.15.4，与其他两种技术相比是比较新型的一种无线通信技术，它可以在成本、功耗、数据率比较低的情况下实现，另外在短距离时也同样可以实现，它的优点是是高保密性、网络容量大、安全可靠、省电和时延短。另外还具有组网流动性和灵活性的特点，目前Zigbee广泛应用在工业控制、医疗、环境监测和军事领域等，结合以上的特点可以实现费用和精力的节约。Zigbee协议中的应用层主要有应用程序接口、由制造商所指定的应用对象和Zigbee设备对象，它主要为网络应用程序提供服务。协议中的网络层的主要任务是寻址、安全和路由，维护和确定拓扑结构，另外还要进行对命名和绑定进行服务。

WiFi无线通信采用的标准是IEEE802.llb，WLAN主要技术标准包括WiFi无线通信，其最高可以支持54M的速度，WiFi无线通信主要依赖TCP/IP作为网络层，它的特点是可以实现短距离的通信，但是其功耗比较大，所以不适用一些特定的场合。

蓝牙通信技术采用的标准是IEEE802.15.1，与上诉两种通信技术相比，其通信传输的距离最短，可以实现全球开放性的语音通信，但是它最多可以有7个节点，所以不适用于比较大型的无线传感器网络。

通过对以上三种通信技术进行分析，Zigbee技术比较适用于电力设施监测系统，在监控系统中，采用星型的方式对无线传感器网络进行连接，其主要有若干个无线通信的子节点和一个网关组成。在网关处有一个无线收发模块，在各个监测点上安装无线通信子节点，各种信息数据通过无线收发模块，通过主节点和子节点进行信息传输。

3、系统整体设计

本次系统的主要任务是对输电线路和电力塔周边的环境和温度进行实时监控，如果遇到设备出现异常、环境比较恶劣或者遭到其他方面的损害时，可以做出预警以防造成更大的危害出现。一般是通过对无线传感器网络进行布置，经过对监测点进行测量后进行快速传输，从而使危害可以降到最低。

输电线路和电力塔属于电力输送中的骨干传输，其特点是地域跨度比较大，主要分布形式是线性延伸。一般是通过以太网的形式来实现长距离的监测。在输电线路和电力塔基上布置传感器节点，将所采集的温度、受力和图片进行处理后，然后在局部范围内构成一个无线传感器通信网络，将各个局部区域的信息进行汇总，然后通过以太网的形式将数据传输到总的系统管理中心。

系统主要有六大模块组成，其中包括无线传感器网络模块、主控模块，数据采集模块，系统管理模块，以太网传输模块和安全预警处理模块。

采用CC2430芯片实现无线传感器网络模块的收发，对监测节点进行控制和通信。数据采集模块主要是通过多种传感器对输电线路和电力塔的温度、图片和压力数据进行采集。数据采集模块采集的数据通过主控模块的处理得到设备当时状态的信息，并且还可以控制安全预警处理模块做出相应的预警信息。以太网传输模块是把采集到的信息输送到系统管理模块，主要的作用是数据的存储和处理。最终利用语言程序设计的系统管理模块来进行设计用户的管理接口，从而实现数据的统一和管理。

4、监测系统软件设计

通过无线模块传来的数据和信号经过主控模块的判断后可以发出相应的操作信息。在系统的初始化完成之后，在主控模块上的LCD显示会不停的被刷新，直到等到中断源进行触发后中断。如果系统中存在定时中断程序时，系统会根据中断服务程序进行定时的中断，然后进行时间的更新。如果系统中存在按键中断时，系统会根据键盘的扫描程序，结合相对应的按键做出相应的中断。如果系统中存在串口中断时，系统会对所接受到的各项数据进行判断，然后做出相应的控制信息。

作为系统信息枢纽的ZigBee节点，它的主要责任是连接主控模块和主ZigBee节点的通信。在初始化完成之后，主ZigBee节点通过对传感器接口进行扫描，产生有关信息，另外主ZigBee节点还会经过ZigBee节点进行无线中断和实现串口等待进行中断。通过节点监测到有关温度、图片和压力等一些信息时，将通过主ZigBee传输给主控模块，然后经过对所接受到的状态信息作出判断之后，再通过串口把信息发到主ZigBee节点上，主ZigBee节点会对所接受到的信息进行判断之后作出相应的操作，另外还会把这些信息利用无线的形式广播给从节点。

5、结语

输电线路和电力塔是电力系统的核心部位，电能的安全远距离运输的关键是电力设施设备的完好运转，本文针对这一问题，做出了利用ZigBee无线传输技术对系统进行设计，通过对输电线路和电力塔的数据进行采集和处理，然后通过以太网的形式把所采集的数据传输到系统的管理中心，最终实现了对输电线路和电力塔的实时监控，从而避免了由于内在或外在因素造成的危害。

参考文献

[1]王钧.ZigBee技术在精准农业中的应用[J].现代电信科技,2011(9):64-66.

[2]唐慧强，鲍磊磊，李超.无线铂电阻温度传感器测试系统[J].南京信息工程大学学报：自然科学版,2011(5):419-422.