基于无线传感网络的独立电网远程监控系统设计

摘要

随着计算机技术、网络技术的迅速发展，以及生产力水平的不断提高，基于无线传感器网络的监控技术这一概念慢慢开始走向被大家所接收并研究应用，成为一个热点话题。无线传感器节点，作为独立新能源供电网络监控系统的基础单元，是本文设计的重点。根据无线传感器网络低成本、低功耗、易安装、开发方便和通讯安全可靠等特点，对应独立电网监控的实际应用需求.
　　 本文首先对风光柴蓄混合发电系统的整体结构与各部分工作原理进行了描述。风光柴蓄混合发电系统是个分布式、开放式的系统，其发电装置分散的分布于发电系统之中。这些发电装置虽然可以独立运行，但是又要根据各部分的实时工作状态和用户用电情况进行相互协调或协作才能使发电系统安全、稳定、高质、经济的运行。接着介绍ZigBee技术与其他无线通讯技术的对比及优势，明确选用ZigBee技术作为无线通讯网络的标准，采用CC2430芯片作为传感器节点的核心处理器。本人在对国内外相关资料的收集、整理、分析和综合之后，借由ZigBee技术的独特优势与独立电网总体结构结合，以无限传感器网络为核心搭建电网监控系统将会是目前不错的电网远程监控、管理解决方案。然后，结合独立新能源供电网络结构给出了无线传感器监控网络的整体结构设计。
　　 本文进行了传感器节点的硬件设计，分为数据采集节点和汇聚节点两种设计方案，采集节点主要负责进行数据的实时采样、发送与转发;汇聚节点拥有较大的存储器，用于管理采集节点和收集采样信息，集中通过GPRS上传。接着，围绕上述功能进行了软件设计。
　　 针对近年发展较快的无线传感器网络技术，着重分析其系统组成以及各个部分功能和通信所采用的方式、协议等特点。针对基于无线传感通讯的远程检测系统信息网络，研究、分析了其通信规约以及通信接口标准。以无线传感网络技术为载体，实现电力网络节点的数据传输，并给出具体的组网方案。
　　 本文实现监控网络与具有主动管理和控制能力的职能部门的通讯，为实现新能源电网的接入、能量平衡调度控制、智能配电功能、天气预测等功能提供数据支持，最终构成监控系统。最后就通讯距离与稳定性进行了测试，证明该监控系统的实用性与应用价值。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及经济意义

1．2 远程监控技术简介

1．3 无线通讯技术国内外现状

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 独立新能源供电网络监控系统结构设计

2．1 独立新能源供电网相概念

2．2 东澳岛独立新能源供电系统介绍

2．2．1 独立新能源发电系统的结构

2．2．2 东澳岛概况及气候条件与负荷情况

2．2．3 风光柴蓄供电系统的整体结构

2．3 ZigBee技术介绍

2．3．1 ZigBee技术简介

2．3．2 Zigbee技术与其他无线技术的比较

2．4 基于无线传感器网络的监控系统结构设计

2．4．1 定义

2．4．2 功能

2．4．3 总体设计方案

2．4．4 各个组成部分

2．5 本章小结

第3章 采集节点与汇聚节点硬件构成及功能实现

3．1 监控节点的功能分析

3．2 Zigbee数据采集节点硬件设计

3．2．1 Zigbee模块

3．2．2 传感器模块

3．2．3 电源模块

3．3 汇聚节点硬件设计

3．3．1 存储模块

3．3．2 GPRS模块

3．4 Zigbee协议栈的软件开发平台

3．5 数据采集节点软件设计

3．5．1 采集程序软件设计思想及流程

3．5．2 数据发送程序、流程及实现

3．5．3 数据路由程序程序流程

3．6 汇聚节点软件设计及通讯实现

3．6．1 汇聚节点软件设计思想及流程

3．6．2 汇聚节点数据接收部分程序

3．6．3 GPRS传输模块软件设计与实现

3．7 本章小结

第4章 ZigBee网络拓扑及通讯实现

4．1 Zigbee技术的网络拓扑结构和路由算法

4．2 Zigbee协议框架

4．2．1 网络层

4．2．2 Data Link(数据链接)层

4．2．3 MAC层

4．2．4 PHY(物理层)

4．3 Zigbee树路由算法的实现

4．4 本章小结

第5章 监控系统实现

5．1 无线监控网络与站内监控系统通讯功能实现

5．1．1 PC机与GPRS接收器通信约定

5．1．2 用户界面设计

5．2 监控系统与已有控制策略结合实现功能

5．2．1 实现新能源的接入方案

5．2．2 实现能量平衡的调度控制

5．2．3 实现能量管理系统及其功能

5．3 网络组网及测试

5．3．1 设备初始化

5．3．2 汇聚节点的组网流程

5．3．3 网络动态管理程序设计

5．3．4 通信测试

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢