基于RuBee技术的电力设备环境监测系统

谢 岩，张国歌，高玉梅

(国网鸡西供电公司信息通信分公司，黑龙江 鸡西 158100)

目前，RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作为一种应用于物品识别的新型电子标识技术，具有双向、非接触、可以定制、点对点传输的特点，可以很好地应用在可视化网络、传感器、收发器和便携式设备中。与以往的RFID相比，RuBee具有信号传输距离远、能够克服恶劣的复杂环境(水、金属、大坝等)、高保密性等优点。为了综合实现理想的电力设备环境监测方式，本文将RuBee技术、GPRS技术与电力设备监测系统相结合，设计了一种低成本、低功耗、高效稳定的温度、湿度数据采集、传输的监测系统，能够实现对温度、湿度等信息的实时采集及对当日负责人信息、设备所在的具体位置信息等的分析与处理。

1 系统总体结构

该监测系统硬件部分主要由处理器、RuBee读写模块、GPRS传输模块、温湿度传感器模块等构成。其系统框图如图1所示。

图1 系统总体结构框图Fig．1 Overall system structure diagram

RuBee读写模块可以存储环境信息、负责人信息、位置信息、产品型号信息等和传输传感器所探测的数据;GPRS传输模块传输RuBee读写模块所存储的信息;温湿度传感器模块实时采集温湿度信息。

2 系统硬件设计

2.1 处理器选型

该监测系统要求CPU具有高速的数字信号处理能力，需要对接收到的GPRS信号进行实时数据处理，实现充电站定位。据此，系统采用TI公司的TMS320VC5509 数字信号处理芯片［1－2］，即低功耗DSP芯片，采用了1.6V的核心电压以及3.3 V的外围接口电压，最低可支持0.9 V的核心电压以及0.05 mW/MIP的低功耗运行。

2.2 RuBee模块设计

RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作为一种应用于物品识别的新型电子标识技术［3］，可以应用在可视化网络、传感器、收发器和便携式设备中，具有双向、非接触、可以定制、点对点传输的特点。本系统工作于小于450 kHz的长波波段，符合标准的设备具有低功耗、有效通信范围0.5～30 m、工作数据速率300～9600 bit/s等特点。RuBee模块工作原理如图2所示。

RuBee标签内存有环境、位置等基本信息，在进入电磁场后，接收阅读器发出射频信号，凭借感应电流所获得的能量发出存储在芯片中的基本信息，阅读器获取数据并解码后送至处理器进行数据处理［4］。

2.3 GPRS无线传输模块设计

GPRS模块主要负责传输RuBee读写模块所存储的环境信息、负责人信息、位置信息、产品型号信息等。本系统选用的是GPRS SIM300模块，该模块体积小、便于集成、性价比高，具有三频带通信:GSM900/1800/1900 MHz［5］;电 源 电 压 为 3.3 ～5.5 V，电路通过MC55芯片连接SIM卡与DSP完成无线传输［6］，GPRS无线传输模块可通过RS232串口与DSP芯片相互通信。

2.4 JTAG仿真接口设计

JTAG是一种国际标准测试协议(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真。JTAG技术是一种嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的测试电路TAP，通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试［7］，该模块与DSP的接线图如图3所示。

2.5 电源电路设计

TMS320VC5509是低功耗的DSP芯片，通常情况下，它的内核电压1.6 V，管脚电压3.3 V。本系统选择了电压调节器TPS73HD301作为DSP的电源芯片，该电源芯片有两路电压调节器(输入电压为5 V)，一路调节器输出电压为3.3 V，另一路调节器输出电压为1.6 V［8］，电源接线如图4所示。

图2 RuBee模块工作原理Fig．2 RuBee module work principle

图3 TMS320VC5509与JTAG模块的接线图Fig．3 Wiring diagram of TMS320VC5509 and JTAG module

3 系统软件设计

电力设备环境监测系统程序流程如图5所示。

若系统准备就绪，开始建立网络连接，连接成功后，GPRS网络开始传输温度、湿度等采集模块所采集的实时数据，传输完毕后，上位机管理系统对实时数据进行分析与处理，从而实现实时对电力设备环境在线监测。

4 结论

1)基于RuBee技术设计的电力设备环境监测系统，以 TMS320VC5509处理器为核心，设计了RuBee读写模块、GPRS传输模块、温度与湿度传感器模块等，实现了对温度与湿度等信息的实时采集及对当日负责人信息、设备所在的具体位置信息等的分析与处理。

2)监测系统能够克服在高压、高温、潮湿等环境下对电力设备的实时监测，为用户提供一种低成本、高性能的电力设备环境监测方式，既便利，又安全可行。同时对其它相关领域的监测也具有重要的参考价值。

图4 电源接线图Fig．4 Power supply wiring diagram

图5 电力设备环境监测系统程序流程图Fig．5 Program flow chart of power equipment environment monitoring system

［1］俞一彪，曹洪龙．DSP技术与应用基础［M］．北京:北京大学出版社，2009:67-70．YU Yibiao，CAO Honglong．Fundament of DSP technology and application［M］．Beijing:Beijing University Press，2009:67-70．

［2］ 赵洪亮，卜凡亮，黄鹤松，等．TMS320C55xDSP应用系统设计［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2010:31-36．ZHAO Hongliang， BU Fanliang， HUANG Hesong， etal．TMS320C55xDSP application system design ［M］． Beijing:Beihang University Press，2010:31-36．

［3］熊春如．基于RuBee的智能数据采集终端的研究与设计［J］．电气自动化，2008，30(5):54-56，65．XIONG Chunru．Study and design of intelligent data acquisition termnal based on RuBee［J］．Electric Automation，2008，30(5):54-56，65．

［4］单玉峰，姚磊．无线射频识别(RFID)系统技术与应用［M］．北京:电子工业出版社，2008:10-15．SHAN Yufeng，YAO Lei．RFID and its application［M］．Beijing:Publishing House of Electronics Industry，2008:10-15．

［5］ PARSONS J D，GARDINER J G．Mobile communication system［M］．New York:John Wiley and Sons Inc．，2009:120-124．

［6］陈以蒙，王亦军．一种基于GPRS的DSP与PC机通信系统［J］．浙江科技学院学报(自然科学版)，2004，16(4):236-238．CHEN Yimeng，WANG Yijun．DSP and PC communication system based on FPRS［J］．Journal of Zhejiang University of Science and Technology(Science and Technology Section)，2004，16(4):236-238．

［7］ CHEN Xuhui，ZHANG Dengyi，YANG Hongyun．Design and Implementation of a Single-chip ARM-based USB Interface JTAG Emulat-or［C］．Fifth IEEE International Symposium on Embeded Computing．

［8］支长义，程志平，陈书立，等．DSP原理及开发应用［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2006:75-81．ZHI Changyi，CHENG Zhiping，CHEN Shuli，et al．DSP principle and its development and application［M］．Beijing:Beihang University Press，2006:75-81．