基于RuBee技術(shù)的電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

謝 巖，張國歌，高玉梅

(國網(wǎng)雞西供電公司信息通信分公司，黑龍江 雞西 158100)

目前，RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作為一種應(yīng)用于物品識別的新型電子標(biāo)識技術(shù)，具有雙向、非接觸、可以定制、點對點傳輸?shù)奶攸c，可以很好地應(yīng)用在可視化網(wǎng)絡(luò)、傳感器、收發(fā)器和便攜式設(shè)備中。與以往的RFID相比，RuBee具有信號傳輸距離遠(yuǎn)、能夠克服惡劣的復(fù)雜環(huán)境(水、金屬、大壩等)、高保密性等優(yōu)點。為了綜合實現(xiàn)理想的電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測方式，本文將RuBee技術(shù)、GPRS技術(shù)與電力設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計了一種低成本、低功耗、高效穩(wěn)定的溫度、濕度數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)谋O(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度、濕度等信息的實時采集及對當(dāng)日負(fù)責(zé)人信息、設(shè)備所在的具體位置信息等的分析與處理。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

該監(jiān)測系統(tǒng)硬件部分主要由處理器、RuBee讀寫模塊、GPRS傳輸模塊、溫濕度傳感器模塊等構(gòu)成。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖Fig．1 Overall system structure diagram

RuBee讀寫模塊可以存儲環(huán)境信息、負(fù)責(zé)人信息、位置信息、產(chǎn)品型號信息等和傳輸傳感器所探測的數(shù)據(jù);GPRS傳輸模塊傳輸RuBee讀寫模塊所存儲的信息;溫濕度傳感器模塊實時采集溫濕度信息。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 處理器選型

該監(jiān)測系統(tǒng)要求CPU具有高速的數(shù)字信號處理能力，需要對接收到的GPRS信號進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)充電站定位。據(jù)此，系統(tǒng)采用TI公司的TMS320VC5509 數(shù)字信號處理芯片［1－2］，即低功耗DSP芯片，采用了1.6V的核心電壓以及3.3 V的外圍接口電壓，最低可支持0.9 V的核心電壓以及0.05 mW/MIP的低功耗運行。

2.2 RuBee模塊設(shè)計

RuBee(IEEE Std 1902.1—2009)作為一種應(yīng)用于物品識別的新型電子標(biāo)識技術(shù)［3］，可以應(yīng)用在可視化網(wǎng)絡(luò)、傳感器、收發(fā)器和便攜式設(shè)備中，具有雙向、非接觸、可以定制、點對點傳輸?shù)奶攸c。本系統(tǒng)工作于小于450 kHz的長波波段，符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備具有低功耗、有效通信范圍0.5～30 m、工作數(shù)據(jù)速率300～9600 bit/s等特點。RuBee模塊工作原理如圖2所示。

RuBee標(biāo)簽內(nèi)存有環(huán)境、位置等基本信息，在進(jìn)入電磁場后，接收閱讀器發(fā)出射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲在芯片中的基本信息，閱讀器獲取數(shù)據(jù)并解碼后送至處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理［4］。

2.3 GPRS無線傳輸模塊設(shè)計

GPRS模塊主要負(fù)責(zé)傳輸RuBee讀寫模塊所存儲的環(huán)境信息、負(fù)責(zé)人信息、位置信息、產(chǎn)品型號信息等。本系統(tǒng)選用的是GPRS SIM300模塊，該模塊體積小、便于集成、性價比高，具有三頻帶通信:GSM900/1800/1900 MHz［5］;電 源 電 壓 為 3.3 ～5.5 V，電路通過MC55芯片連接SIM卡與DSP完成無線傳輸［6］，GPRS無線傳輸模塊可通過RS232串口與DSP芯片相互通信。

2.4 JTAG仿真接口設(shè)計

JTAG是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議(IEEE 1149.1兼容)，主要用于芯片內(nèi)部測試及對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路TAP，通過專用的JTAG測試工具對內(nèi)部節(jié)點進(jìn)行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試［7］，該模塊與DSP的接線圖如圖3所示。

2.5 電源電路設(shè)計

TMS320VC5509是低功耗的DSP芯片，通常情況下，它的內(nèi)核電壓1.6 V，管腳電壓3.3 V。本系統(tǒng)選擇了電壓調(diào)節(jié)器TPS73HD301作為DSP的電源芯片，該電源芯片有兩路電壓調(diào)節(jié)器(輸入電壓為5 V)，一路調(diào)節(jié)器輸出電壓為3.3 V，另一路調(diào)節(jié)器輸出電壓為1.6 V［8］，電源接線如圖4所示。

圖2 RuBee模塊工作原理Fig．2 RuBee module work principle

圖3 TMS320VC5509與JTAG模塊的接線圖Fig．3 Wiring diagram of TMS320VC5509 and JTAG module

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)程序流程如圖5所示。

若系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，開始建立網(wǎng)絡(luò)連接，連接成功后，GPRS網(wǎng)絡(luò)開始傳輸溫度、濕度等采集模塊所采集的實時數(shù)據(jù)，傳輸完畢后，上位機管理系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，從而實現(xiàn)實時對電力設(shè)備環(huán)境在線監(jiān)測。

4 結(jié)論

1)基于RuBee技術(shù)設(shè)計的電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，以 TMS320VC5509處理器為核心，設(shè)計了RuBee讀寫模塊、GPRS傳輸模塊、溫度與濕度傳感器模塊等，實現(xiàn)了對溫度與濕度等信息的實時采集及對當(dāng)日負(fù)責(zé)人信息、設(shè)備所在的具體位置信息等的分析與處理。

2)監(jiān)測系統(tǒng)能夠克服在高壓、高溫、潮濕等環(huán)境下對電力設(shè)備的實時監(jiān)測，為用戶提供一種低成本、高性能的電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測方式，既便利，又安全可行。同時對其它相關(guān)領(lǐng)域的監(jiān)測也具有重要的參考價值。

圖4 電源接線圖Fig．4 Power supply wiring diagram

圖5 電力設(shè)備環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)程序流程圖Fig．5 Program flow chart of power equipment environment monitoring system

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