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随着电子信息技术和无线通信的不断发展,无线传感网络也得到了快速发展并且在工业控制、医学卫生和环境监测等领域中发挥了越来越重要的作用。新兴起的ZigBee技术对无线传感网络的发展给了有力的支撑。ZigBee网络是基于ZigBee技术而构建的一种短距离低速无线个域网络(Low-ratewireless personal area network,LR-WPAN)。ZigBee技术协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等特点,它适用于通信数据量不大,数据传输速度相对较低的场合。
本文针对高压母线接头和高压开关触点温升测量的实际问题,运用了基于ZigBee技术的无线通信传感网络,即ZigBee网络。该网络以ZigBee协议栈作为网络通信协议,结合最新的Zigbee通信规范研究了ZigBee协议栈实现机制,对多种网络拓扑结构进行优化,实现了ZigBee星型网络组网。采用最新的片上型系统CC2430作为节点硬件设计的核心,设计了一个基于ZigBee技术的无线传感节点测控方案。
随着大量的ZigBee节点应用到无线传感网络,为终端节点提供电能的电池慢慢地暴露出了维护困难,在恶劣环境中工作效率低,污染环境等缺点。本文采用了微弱环境能源收获技术,设计了能量供应装置,该装置用温差发电模块把余故障设备的发热转化成电能,并经过DC-dC升压转换器的升压稳压给超级电容充电的同时为其节点供能,实现终端传感节点的自主供电,以及免维护功能。
另外,为了让传感节点应用的范围更加广泛,在电路的设计中预留了多种电源工作方案。在软件中,节点在正常发送数据的同时充分利用CC2430芯片对电源的优化作用,设计了节点根据不同的温度差来自动调整休眠模式,以最大化的节约电能。
经测试,本文所设计的基于温差模块的ZigBee技术无线测温节点,其电路板的设计和元器件的焊接符合要求,且其电源模块在其规定的温差范围内能正常启动节点,完成申请入网,入网连接等组网功能,同时,无线传感节点能够正确采集并发送数据,实现了节点低成本,低功耗,体积小、无源能量供应等特点,是可靠的、环保的无线传感节点。
经过现场测试证明,测温节点组网顺利,时延短,休眠时间可调,工作可靠,数据传输稳定,功耗低,完全满足利用设备发热故障为传感节点自主供电的设计思想。