基于Zigbee的智能电力测控系统的研制

胡桂玉　李亚娟　曾舒帆　杨春凤

摘 要：为了解决用电单位实时监控电能消耗过程，研制了智能电力测控系统，能准确测量并及时掌握各环节电能消耗的真实数据。本文介绍了智能电力测控系统的组成，着重介绍了三相电参数智能测量模块的工作原理，重点叙述了无线数据传输，实现监控大楼中各房间或实验室的电能消耗过程。

关键词：Zigbee；电参数；传输

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0187-02

能源和环境是人类生存、社会发展的物质基础。近年来，推进节能减排、发展低碳经济在我国得到前所未有的重视。电力作为工农业生产、百姓日常生活中广泛使用的一种能源，对其使用过程提出了更高的监测要求，同时也为电量检测技术的发展带来了绝好机遇。

对用电单位而言，要实时监控电能消耗过程，准确测量并及时掌握各环节电能消耗的真实数据，用实时的电参数监控数据和统计分析结果指导用电过程、调整用电结构等，最终实现节能增效。

与此同时，工农业生产、公共机构、大型建筑、服务设施的节电改造，各行业用电结构、用电方式的优化调整，需要大量的多功能电参数测量模块，支撑建设智能化的电力测控系统，实时监测用电状况，提升配电用电效率。

1 系统组成

为解决了上述问题，所研制的智能电力测控系统，其既要满足准确测量并及时掌握各环节电能消耗真实数据的要求，又能为推进节能减排、发展低碳经济提供技术支撑。

该智能电力测控系统由上位机、主无线数据传输设备和安装于监测区域内的至少一个三相电参数智能测量模块、至少一个从无线数据传输设备所及应用软件组成，如图1。

三相电参数智能测量模块与从无线数据传输设备通过RS485转RS232转接口连接，上位机通过USB转RS232转接口与主无线数据传输设备连接，主、从无线数据传输设备之间通过Zigbee无线网络连接。

2 系统硬件结构

三相电参数智能测量模块的工作原理图如图2所示。

电压信号Ua、Ub、Uc经过电阻分压，电流信号Ia、Ib、Ic经电流互感器后分别进入ADE7878计量芯片，通过计量芯片得到有功、无功、电压、电流等原始数据，微处理器对数据再进行处理。

三相电参数智能测量模块的测量核心芯片采用ADI公司的三相高精度多功能电能计量芯片ADE7878。ADE7878集成了内置二阶Σ-Δ型ADC、数字积分器、参考电源等；可测量总（基波和谐波）有功、无功和视在功率，基波有功和无功功率，以及相电流有效值，相/线电压有效值，在1000：1的动态范围内有功和无功功率测量误差小于0.1%。

电流回路由电流互感器进行信号采样，电压回路通过分压电阻网络实现电压采样。计量芯片ADE7878内部对采样信号进行处理，计算出瞬时有功、无功功率，瞬时功率通过低通滤波LPF后分离出平均功率。平均功率在能量累加器中不断累加，分相电量可以通过SPI端口读出，也可以转换为计量脉冲输出。ADE7878有三路脉冲输出，脉冲输出频率与能量寄存器中累加的能量成正比，通过对脉冲计数实现电量参数的累加。

3 数据传输及管理软件的实现

“数据传输系统及数据管理软件”包含无线数据传输系统与数据管理软件两部分。

无线数据传输系统采用ZigBee组网完成中心节点与终端节点的连接，通过多个终端节点与多个测量设备的连接，就可将多个测量设备的测量数据通过此无线网络传输到与中心节点连接的上位机上。再通过上位机上的数据管理软件能够实现对采集到的多点电参数进行集中管理。因此，“數据传输系统及数据管理软件”实现了对多点电参数的采集与集中管理。

以ZigBee无线数据传输模块自动组网实现中心节点与多个终端节点之间的通信。无线数据传输系统通过多台ZigBee以网状型拓扑方式组网实现无线数据传输。终端节点通过RS232接口与三相电参数测量模块连接，采集的测量数据发送到中心节点，中心节点通过RS232接口与上位机相连，上位机通过数据管理软件软件对数据进行分析、处理必并显示、存储测量数据。

4 系统应用

采用ZigBee自动组网方式，实现多个终端节点和一个中心节点间的通信；对大楼中不同分布的至少2个测量点的测量数据至直线不低于100米范围的上位机的无线传输能力。

能够实时获得三相电参数测量模块当前的测量数值；当中心节点需要某个被测设备的参数时，给相应设备的终端节点发送请求命令。

实现了对各测量设备的测量数据实时显示。

具有完备的数据库能够实现数据的定时存储。

能够灵活设置数据采集时间间隔（按照所设定的时间间隔自动存储各客户端测量点的测量数据）。

能够将数据按Excel格式输出，以便于进行分析、统计。

5 结语

应用三相参数智能测量/无线传输模块和上位机，实时监控大楼中各房间或实验室的电能消耗过程，准确测量并及时掌握各环节电能消耗的真实数据，用实时的电参数监控数据和统计分析结果指导大楼中各房间或实验室的用电过程、调整用电结构，为推进节能减排、发展低碳经济提供技术支撑。

参考文献

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