WSN在输电线路覆冰在线监测系统中的应用研究

摘要

输电线路是电力系统中最重要的组成部分之一，它的运行状况直接决定着整个电力系统的稳定和安全。随着智能电网建设的加快推进，旨在保证输电线路可靠运行的输电线路在线监测技术也得到了快速的发展和应用。特别是多发的冰雪灾害对电网造成的严重影响，促使输电线路覆冰在线监测技术成为近年来社会各界的研究热点。
　　 本文以输电线路覆冰情况的监测为目标，在分析现有输电线路覆冰在线监测系统不足的基础上，提出了一种基于Zigbee技术的层次型无线传感器网络作为输电线路覆冰在线监测系统数据传输与通讯网络。其主要内容包括:
　　 首先对基于无线传感器网络的覆冰在线监测系统进行整体结构设计，并分析了该网络在整个系统中的主要功能和工作方式。然后对网络中传感器节点进行软、硬件设计，其中硬件部分包括节点上微处理器模块、Zigbee无线通讯模块、数据采集模块和基于双电源的供电模块的电路及接口设计:软件部分首先利用C语言对各节点数据采集、接收和发送过程进行程序设计，接着设计了层次型无线传感器网络的中各层网络组网及节点入网过程、并分析了网络中节点地址分配机制和节点间的通讯机制。在完成硬件和软件设计的基础之上，在实验室利用Zigbee节点和PC搭建网络测试平台对所设计网络的组网进行组网测试，并通过测试平台可视化界面对网络中数据传输结果的进行查看。最后根据网络特点及系统监测数据要求设计了簇内先分类后融合、簇间采用融合数组的数据融合方法，并通过网络测试平台和Matlab软件对所设计的数据融合方法进行实验仿真。
　　 通过组网测试和数据融合仿真的结果可知，本文设计的层次型无线传感器网络能够成功组网并传输数据，网络中数据融合的方法能提高数据采集的有效性和降低数据采集的延时。将该网络应用于输电线路覆冰监测系统可以降低系统的运行成本，扩大系统的网络覆盖范围从而提高系统数据传输的可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 相关技术的国内外发展现状

1．2．1 智能电网的国内外发展现状

1．2．2 输电线路覆冰在线监测技术的国内外发展现状

1．2．3 无线传感器网络的国内外发展现状

1．3 本课题研究目的及意义

1．4 本文的组织结构

2 Zigbee无线传感器网络与监测系统总体结构

2．1 无线传感器网络技术

2．1．1 无线传感器网络的特点

2．1．2 无线传感器网络的主要应用场合

2．1．3 无线传感器网络中常用组网技术的比较

2．2 Zigbee技术

2．2．1 Zigbee技术概述

2．2．2 Zigbee技术的体系结构

2．2．3 Zigbee网络拓扑结构

2．3 基于WSN的输电线路覆冰在线监测系统整体设计方案

2．3．1 系统整体结构

2．3．2 系统具体工作过程

2．4 本章小结

3 传感器节点的硬件设计

3．1 监测数据类型选择

3．2 传感器节点的硬件设计

3．2．1 微处理器模块选择

3．2．2 Zigbee通讯模块选择与设计

3．2．3 温湿度传感器选择与设计

3．2．4 拉力传感器选择与设计

3．2．5 倾角传感器的选择与设计

3．2．6 风速传感器选择与设计

3．2．7 供电模块设计

3．3 本章小结

4 节点软件设计及无线传感器网络组网测试

4．1 网络中节点的具体工作过程

4．1．1 终端数据采集节点的工作过程

4．1．2 数据汇聚节点的工作过程

4．2 传感器节点软件设计

4．2．1 软件开发环境

4．2．2 传感器节点数据采集的软件实现

4．2．3 传感器节点数据的接收和发送

4．3 链式簇状层次型无线传感器网络的组网

4．3．1 上层骨干网络的建立

4．3．2 下层基础网络的建立

4．3．3 节点间的信标帧通讯机制

4．3．4 网络中节点的地址分配机制

4．4 网络的组网测试

4．4．1 网络测试平台搭建

4．4．2 组网测试结果

4．5 本章小结

5 层次型无线传感器网络中数据融合的方法

5．1 无线传感器网络中数据融合的意义

5．2 几种常用的数据融合方法

5．3 本文层次型网络中数据融合的方法

5．3．1 下层基础网络中簇内的数据融合方法

5．3．2 上层网络簇头节点间的数据融合机制

5．3．3 实验仿真结果与分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文工作总结

6．2 对今后研究工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利