本项目设计开发一套应用于变电设备状态监测的无线传感网络监测系统开发系统。该系统是针对特殊环境条件下的变电站设备状态的监测问题，设计一套设备状态信息无线监测传输优化方案。在方案的实施中，无论是器件选型还是相应的硬件电路设计，都是根据实际问题的需要做到最优。对于监测节点，传感器模块选择了 DS18B20，并选用无线射频模块 CC2430来实现相关控制和无线通信功能。网关节点的核心处理器选择了 TMS320F2812，设计中对其进行了 SRAM扩展和 Hash扩展以提高其性能。为了网路系统的安全，无线传输的数据必须经过加密处理，且整个系统外架设防火墙。研究中，对下述技术指标进行了模拟仿真和测试，达到了预期目标。

       技术特点：

       本系统综合考虑到无线传感网络技术的特点以及变电站设备状态监测的实际需求，在充分地进行无线传感器网络监测系统顶层总体设计的基础上，分别精细地对监测节点和网关节点进行硬件选型和硬件电路设计。利用 HFSS仿真软件，设计符合 CC2430无线通信模块需求的微带天线。利用 HyperLynx软件，开展对节点 PCB的信号完整性和电磁兼容性研究，确保后续节点的 PCB的有效设计和制作。

       (1) 无线传感器网络技术在变电站设备状态监测的应用创新

 

图 1变电站设备状态监测系统结构示意图

       针对特殊环境条件下的变电站设备状态的监测问题，给出了一套设备状态信息无线监测传输优化方案。在方案的实施中，无论是器件选型还是相应的硬件电路设计，都是根据实际问题的需要做到最优。对于监测节点，传感器模块选择了 DS18B20，并选用无线射频模块 CC2430来实现相关控制和无线通信功能。网关节点的核心处理器选择了 TMS320F2812，设计中对其进行了 SRAM扩展和 Hash扩展以提高其性能。为了网路系统的安全，无线传输的数据必须经过加密处理，且整个系统外架设防火墙。

 

图 2监测节点总体结构

       (2) 适合CC2430无线通信模块的微带天线的优化设计

       为了符合 CC2430无线通信模块的需求，设计了两款微带天线。针对监测节点的需求，为了提高带宽，采用了附加寄生贴片的方法，利用 HFSS仿真软件进行反复的仿真分析优化，最终设计的附加贴片后的微带天线比基本矩形微带天线带宽大约提高了一倍。针对网关节点的天线全向性的要求，同样借助 HFSS仿真软件优化设计一款具有全向性倒 F 天线。

       (3) 无线传感网络节点控制软件系统的优化设计

        对节点控制软件及传感器驱动部分分别进行优化设计。针对温度传感器，在协议栈中设计添加相应的驱动程序，通过调用驱动程序，CC2430模块可以实现温度的实时釆集。对修改后的 Z-stack协议栈进行下载调试，可以通过超级终端实时地显示采集的温度数据，并可以确保实时监测到监测节点与网关节点成功建立的通信链接，获得无线收发釆集的温度数据。

       (4) 无线传感网络节点的PCB信号完整性和电磁兼容性联合优化

为了保证无线传感器网络的网关节点中高速电路部分的信号完整性，针对网关节点中可能出现的反射和串扰问题，利用 HyperLynx软件进行了布线前仿真，及时发现影响电路正常工作的反射和串扰现象。根据反射产生的原理，采用源端阻抗匹配，有效地抑制了反射的发生。对于串扰的出现，采取减小耦合长度、增加线间距和端接匹配电阻等措施进行抑制。在设计 PCB过程中考虑存在的电磁兼容性问题，给出一些设计规则，在设计过程中严格遵守这些设计规则，有效地提高 PCB 的电磁兼容性。

  

图3反射的电磁兼容性仿真模型 图4反射的电磁兼容性仿真结果

  

图5调整后反射的电磁兼容性仿真模型 图6调整后反射的电磁兼容性仿真结果

 

       主要指标：

       本系统的主要技术指标主要有：

       (1) 网关节点的有效覆盖范围：室外半径 500 米，室内半径 60 米；

       (2) 监测节点的有效覆盖范围：室外半径 100 米，室内半径 40 米；

       (3) 单个网关节点链接监测节点数量大于 256 台；

       (4) 并发指令执行数每指令周期内大于 50 条；

       (5) 网关节点 GPRS 上传延迟 150 毫秒；

       (6) 监测节点温度传感器采集精度不大于 0.05oC。

       目前与该研究相关的成果中，针对无线传感器网络分布式链路控制方法及无 线传感器网络能量有效的链路调度方法已申请发明专利 2 项。在软硬件平台方面，已开发了应用于变电设备状态监测的无线传感网络监测系统，并在该平台上进行 了相关算法和机制的测试，取得了预期目标。