專利名稱：一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電能控制以及電通信領域，具體地說，是指一種對電能進行測量、控制和保護的系統(tǒng)。
背景技術：
目前的環(huán)境問題是全人類面臨的挑戰(zhàn)，通過節(jié)能減少對環(huán)境的破壞是一條有效的解決途徑。在電能的消耗中，居民、辦公等場合用電占有很大比例，針對這些應用場合設計一種可以檢測、控制用電量的系統(tǒng)對于節(jié)省能耗有重要的現(xiàn)實意義。建筑物中的配電線路的終端大多都是接線盒的形式，現(xiàn)有技術中就利用這樣的安裝環(huán)境，在接線盒中安裝測量節(jié)點，通過無線通信的協(xié)議，傳輸測量數(shù)據(jù)和控制信息給監(jiān)控中心，通過操作臺式機上安裝的監(jiān)控中心軟件實現(xiàn)對整棟建筑物的電能的測量、控制和保護。這樣的電能測量、控制和保護系統(tǒng)的實現(xiàn)涉及無線通信技術、網(wǎng)絡協(xié)議、微電子技術、監(jiān)測控制等多項內(nèi)容。
微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem，簡稱 MEMS)、片上系統(tǒng)(System on Chip，簡稱SoC)、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發(fā)展，孕育出了無線傳感器網(wǎng)絡 (Wireless Sensor Networks，簡稱WSN)。無線傳感器網(wǎng)絡以其低功耗、低成本、分布式和自組織的優(yōu)點帶來了信息感知領域的一場變革，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響的高新技術之一。
在無線測量領域，WiFi、藍牙和ZigBee是目前3種常見的短距離無線通信技術。 無線傳感網(wǎng)絡應用的目標是低數(shù)據(jù)速率的檢測控制系統(tǒng)，這類應用對實時性要求不高，數(shù)據(jù)傳輸量較小，不需要高的帶寬，往往要求設備有很低的功耗。另外，這些應用網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)較多、形態(tài)多變，要求節(jié)點能無需配置，自動組網(wǎng)。綜合上述要求，ZigBee是一種具有很高認知度的無線傳感網(wǎng)絡實現(xiàn)技術。
第六代網(wǎng)絡協(xié)議(Internet Protocol Version 6，IPv6)是互聯(lián)網(wǎng)工程任務組 (Internet Engineering Task Force, IETF)設計的用于替代現(xiàn)行版本 IP 協(xié)議(IPv4)的下一代IP協(xié)議。IPV6具有地址長度為128比特，地址空間增大了 2的96次方倍；簡化了報文頭部格式，字段只有8個，加快報文轉(zhuǎn)發(fā)，提高了吞吐量；支持更多的服務類型；允許協(xié)議繼續(xù)演變，增加新的功能等諸多特點，適合具有多地址的網(wǎng)絡環(huán)境。
參考文件1為公開號為1658M8的中國專利《無線測量裝置》，該文件在2005年 8月M日公開了一種用于遠程觀測的無線測量裝置，該裝置包括無線通訊裝置、第一處理器、第二處理器和傳感器，對第二處理器編程，實現(xiàn)第二處理器和第一處理器的無線通訊， 接收傳感器的信息。該參考文件1公開的無線測量裝置可以應用于移動等需要無線測量的領域，但是應用于上面所述的用電量比較大的居民、辦公等場合的固定建筑物中并不合適。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對用電量比較大的居民、辦公等場合，對電量進行測量、控制和保護，提出一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)。
本發(fā)明提出一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，包括上位機控制模塊、IPv6-ZigBee 路由器和無線傳感器節(jié)點。上位機控制模塊布置在PC機上，在建筑中的每個待測設備的接線裝置中布置有一個無線傳感器節(jié)點，每個無線傳感器節(jié)點具有獨立的IPv6地址，同時支持對等網(wǎng)絡層協(xié)議，上位機控制模塊與無線傳感器節(jié)點之間通過IPve-ZigBee路由器進行無線網(wǎng)絡通信。
上位機控制模塊在運行初期根據(jù)用戶設置對整個建筑中的無線傳感器節(jié)點建立樹狀邏輯結(jié)構，并為每個無線傳感器節(jié)點分配一個獨立的IPv6地址，用戶對每個無線傳感器節(jié)點進行配置信息的設置，在運行過程中上位機控制模塊接收無線傳感器節(jié)點采集的電能信息數(shù)據(jù)，對電能信息數(shù)據(jù)進行分析，并進行電能控制；上位機控制模塊給無線傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包括配置信息和控制命令；無線傳感器節(jié)點給上位機控制模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)包括電能信息數(shù)據(jù)和報警信息。上位機控制模塊包括三個功能模塊網(wǎng)絡通訊模塊、數(shù)據(jù)庫通訊模塊和用戶UI模塊。所述的IPve-ZigBee路由器實現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，與上位機控制模塊之間采用IPv6協(xié)議進行通信，與無線傳感器節(jié)點之間采用ZigBee無線協(xié)議，接收并解析上位機控制模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以ZigBee無線協(xié)議格式重新組織發(fā)送給無線傳感器節(jié)點，接收并解析無線傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以IPv6協(xié)議格式重新組織發(fā)送給上位機控制模塊；對重新組織的數(shù)據(jù)通過將各個數(shù)據(jù)包按照順序編號和在數(shù)據(jù)的最后一幀添加累加和校驗，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴Ｋ龅臒o線傳感器節(jié)點根據(jù)上位機控制模塊中的配置信息實時采集電能信息數(shù)據(jù)，并通過跳傳的方法以ZigBee無線通信協(xié)議傳送給IPve-ZigBee路由器，并上傳給上位機控制模塊，接收上位機控制模塊下發(fā)的命令對無線傳感器節(jié)點所檢測的設備的電能進行控制和保護。具體每個無線傳感器節(jié)點包括 電壓電流測量模塊、Zigbee通信模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、繼電器控制模塊和微處理器模塊。
本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于(1)本發(fā)明系統(tǒng)中的無線傳感器節(jié)點在采集被測設備的電能信息時，具有足夠的采集精度；(2)本發(fā)明系統(tǒng)實現(xiàn)了對固定建筑中電能地測量、控制和保護，為進一步提出優(yōu)化電能使用方案提供了依據(jù)；C3)在通信中采用全局IP地址方式和對等網(wǎng)絡方式相結(jié)合，使得每個無線傳感器節(jié)點具有一個IP地址，通過 IPv6-ZigBee路由器實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點和上位機控制模塊的及時通信，并制定了通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸头€(wěn)定性。


圖1是本發(fā)明整體電能測量、控制和保護系統(tǒng)的示意圖2是本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點的模塊示意圖3是本發(fā)明的電壓電流測量模塊的結(jié)構示意圖4是本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點上的嵌入式軟件的工作流程圖5是本發(fā)明上位機控制模塊所要檢測的設備的樹狀結(jié)構圖6是本發(fā)明上位機控制模塊的功能模塊示意圖7a是本發(fā)明的上位機控制模塊的啟動界面示意圖7b是本發(fā)明的上位機控制模塊的主界面示意圖7c是本發(fā)明的上位機控制模塊的配置界面示意圖7d是本發(fā)明的上位機控制模塊的的監(jiān)測界面的示意圖是本發(fā)明系統(tǒng)采集的電壓一個示例圖8b是本發(fā)明系統(tǒng)采集的電流一個示例圖8c是本發(fā)明系統(tǒng)采集的功率一個示例圖9a是采用本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控一臺電腦所采集的電壓示意圖9b是采用本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控一臺電腦所采集的電流示意圖9c是采用本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控一臺電腦所采集的功率示意圖10是采用本發(fā)明系統(tǒng)監(jiān)控多臺設備所采集的有功功率示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，如圖1所示，包括上位機控制模塊1、 IPv6-ZigBee路由器2和無線傳感器節(jié)點3。如圖1所示，上位機控制模塊1布置在PC機上，是基于Linux操作系統(tǒng)的圖形界面環(huán)境實現(xiàn)的，具有靈活的網(wǎng)絡操作和驅(qū)動開發(fā)能力。 上位機控制模塊1在系統(tǒng)開始運行初期對整個建筑中的無線傳感器節(jié)點3智能組網(wǎng)，根據(jù)用戶對所要測量的設備完成對每一個無線傳感器節(jié)點3的配置，具體配置內(nèi)容包括分配無線傳感器節(jié)點的絕對地址，設定該節(jié)點的采樣周期、電流保護的限制值等。在系統(tǒng)運行過程中，上位機控制模塊1接收IPve-ZigBee路由器2傳送的無線傳感器節(jié)點3采集的電能信息數(shù)據(jù)，對電能信息數(shù)據(jù)進行分析，并進行電能控制，下發(fā)命令給無線傳感器節(jié)點3。各個無線傳感器節(jié)點3根據(jù)獲得的配置信息上傳電能信息數(shù)據(jù)、實時檢測保護、定期維護系統(tǒng)網(wǎng)絡。
對應用本發(fā)明系統(tǒng)的居民或辦公場合中，在建筑物的每個待測設備的接線裝置中布置有一個無線傳感器節(jié)點3，無線傳感器節(jié)點3有多個，每個無線傳感器接點3具有獨立的IPv6地址同時支持對等網(wǎng)絡層協(xié)議。無線傳感器節(jié)點3和上位機控制模塊1之間通過 IPv6-ZigBee路由器2實現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的傳輸。無線傳感器節(jié)點3實時采集電能信息數(shù)據(jù)， 將采集的電能信息數(shù)據(jù)通過跳傳的方法以ZigBee無線通信協(xié)議傳送給IPve-ZigBee路由器2，并上傳給上位機控制模塊1。上位機控制模塊1通過IPve-ZigBee路由器2下發(fā)數(shù)據(jù)和命令給無線傳感器節(jié)點3，無線傳感器節(jié)點3根據(jù)上位機控制模塊1設定的配置信息實現(xiàn)對無線傳感器節(jié)點3所測的設備的電能的控制和保護，實現(xiàn)對整個建筑的電能的控制和保護。
本發(fā)明系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是基于IPv6的協(xié)議設計，為了方便無線傳感器節(jié)點3 和IPv6網(wǎng)絡的接口，在上位機控制模塊1所在的PC機和無線傳感器節(jié)點3之間設置了 IPv6-ZigBee路由器2。IPv6-ZigBee路由器2實現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，在ZigBee無線協(xié)議上實現(xiàn)了 IPv6網(wǎng)絡協(xié)議；同時，使用該IPve-ZigBee路由器2的結(jié)構，也提高了網(wǎng)絡的傳輸穩(wěn)定性和傳輸距離。
下面對各模塊進行詳細說明。
如圖2所示，無線傳感器節(jié)點3由電壓電流測量模塊31、Zigbee通信模塊32、電源轉(zhuǎn)換模塊33、繼電器控制模塊34和微處理器模塊35幾個部分組成。無線傳感器節(jié)點2 的功能主要是測量下面7種電能信息數(shù)據(jù)電壓、電流的有效值、電壓、電流的瞬時值、有功功率、無功功率和視在功率，并把測量的電能信息數(shù)據(jù)根據(jù)系統(tǒng)通信協(xié)議傳輸給上位機控制模塊1。同時，無線傳感器節(jié)點3接收來自上位機控制模塊1控制數(shù)據(jù)，設定采樣頻率、數(shù)據(jù)濾波、電源控制和保護限制等信息。無線傳感器節(jié)點3中的各模塊在下面進行具體說明。
電壓電流測量模塊31 如圖3所示，采用型號為ADE7753的差分測量芯片測量差分的電壓和電流信號，電壓電流測量模塊31的電壓電流采樣電路根據(jù)差分測量信號接口特點進行設計。電壓信號的采集采用IM歐姆電阻Z1和1. 2K歐姆電阻\串聯(lián)分壓的方法獲得交流電壓的差分信號。為了降低電阻的功率并提高采樣精度，IM歐姆電阻用100K歐姆電阻串聯(lián)實現(xiàn)。電流采樣采用差分電阻的方法，在火線中串聯(lián)要一個毫歐姆級的電阻&， 通過輸出電流在電阻上的壓降實現(xiàn)電壓、電流的轉(zhuǎn)換，獲得的差分電壓信號作為采樣信號。 圖3中，AC表示交流電壓信號，獲得的差分電壓信號有兩路，一路是電壓信號經(jīng)過分壓后在 1. 2K歐姆電阻4上的分壓，一路是電流在電阻τ、上產(chǎn)生的壓降，Ζ3的阻值為5毫歐，兩路信號作為采樣信號。
Zigbee通信模塊32主要由三部分組成一個外置的50/100阻抗匹配變壓器，提供了不平衡50歐姆到平衡100歐姆的阻抗變換，實現(xiàn)了電路的最佳負荷；一個由電感和電容組成的匹配網(wǎng)絡，優(yōu)化了射頻信號的性能；一個帶通濾波器，處理傳導諧波，同時滿足歐沙11 電ilft示(European Telecommunications Standards Institute，簡稱 ETSI)白勺限制。Zigbee通信模塊32的匹配網(wǎng)絡是為了實現(xiàn)微處理器模塊35的功率放大器的阻抗匹配，加入了由不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換電路，使Zigbee通信模塊32具有更好的發(fā)射和接收性能。帶通濾波器實現(xiàn)方便，保證在濾掉不需要的諧波的同時保證匹配電路的阻抗。Zigbee 通信模塊32和微處理器模塊35雙向通信，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
電源轉(zhuǎn)換模塊33 無線傳感器節(jié)點3用于測量居民用電的狀態(tài)，供電的電壓是交流220V。無線傳感器節(jié)點3中的電壓電流測量模塊31和微處理器模塊35分別需要直流 5V和3. 3V的電源，供電方法是由交流220V獲取所需要的直流電源。由于開關電源電路復雜、成本比較高、對測量電路有較強的電磁干擾，并且居民用電的交流電壓波動范圍在10% 以內(nèi)，因此選擇線性電源作為電源。直流電源的穩(wěn)定性除了影響微處理器模塊35的運行之外，更重要的是影響電壓、電流、功率等電能信息的測量準確性。本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點3 中，使用220V的線性電源電路供電，并使用π濾波器對直流電源濾波，以確保直流電源的穩(wěn)定。電源轉(zhuǎn)換模塊33的設計使無線傳感器節(jié)點3具有掉電監(jiān)測的功能，在電源轉(zhuǎn)換模塊 33中設計有超級電容，容量為1F，當交流220V斷電后，電源轉(zhuǎn)換模塊33仍舊能夠維持電源輸出一段時間，大于1小時。在這段時間里，微處理器模塊35判斷采集的電壓有效值數(shù)據(jù)， 當采集的電壓有效值數(shù)據(jù)保持為0的時間超過10分鐘的話，認為是交流220V斷電，并把這個信息上傳給上位機控制模塊1。
繼電器控制模塊34 在電源異常情況下報警，并由繼電器控制電源的接通和斷開。因為不同的用電器具有不同的功率要求，所以各無線傳感器節(jié)點3的報警測量的限制值并不相同，具體由用戶在上位機控制模塊1上進行配置。對于每一個無線傳感器節(jié)點3， 在組網(wǎng)通信時都收到了來自上位機控制模塊1的配置信息，設定了該無線傳感器節(jié)點3的功率上限，也就是保護的限制值，所設定的保護限制值稱為報警閾值。使用過程中供電插頭連接的用電設備一般不會變化，所以只要在初次使用時預先設定保護限制值即可。當無線傳感器節(jié)點3測試到有功功率超過報警閾值一定時間時(該時間是可以設定的)，比如5 秒鐘，就發(fā)出報警信息并根據(jù)有功功率的大小主動切斷電源或者等待控制命令后再切斷電源。具體無線傳感器節(jié)點3報警的過程電壓電流測量模塊31將采集的電能信息數(shù)據(jù)發(fā)給微處理器模塊35，微處理器模塊35將收到的電能信息數(shù)據(jù)與設定的報警閾值比較，判斷是否需要報警，例如設定兩個報警閾值Powerl和Power2，Power2大于Powerl，當測量的有功功率值大于Powerl的時間超過k時，微處理器模塊35通過Zigbee通信模塊32將報警信息發(fā)送給上位機控制模塊1，等待上位機控制模塊1是否關閉電源的控制命令。當測量的有功功率值大于Power2 —定時間時，例如5s，微處理器模塊35控制繼電器控制模塊34斷開開關。對于用電錯誤造成短路的情況，微處理器模塊35根據(jù)測量的電流有效值判斷，控制繼電器控制模塊34切斷電源防止意外，同時發(fā)出報警信息給上位機控制模塊1。
電源通斷的控制需要一個開關。考慮到正常工作狀態(tài)下電源供電，只有發(fā)生異常狀況或者是上位機控制模塊1發(fā)出切斷電源的操作命令時電源才會切斷；而且，對于居民供電的檢測和控制，開關的操作并不頻繁。因此，本發(fā)明中選擇繼電器作為控制的開關可以滿足本發(fā)明系統(tǒng)的要求。正常工作狀態(tài)，控制繼電器線圈的晶體管處于截止狀態(tài)，繼電器沒有上電，常閉觸點處于閉合狀態(tài)，作為電源控制的開關。繼電器的線圈通電時，觸點斷開，電源斷電。
微處理器模塊35采用型號為STM32W的芯片實現(xiàn)，芯片的雙向射頻端口是共享差分接口，內(nèi)部連接至低噪聲放大器和功率放大器。微處理器模塊35通過Zigbee通信模塊 32接收上位機控制模塊1傳送來的配置信息和控制命令，發(fā)送采集命令給電壓電流測量模塊31，接收電壓電流測量模塊31測量的電能信息數(shù)據(jù)，并通過Zigbee通信模塊32發(fā)送給上位機控制模塊1，按照上位機控制模塊1的控制命令控制繼電器控制模塊34電源開關。
微處理器模塊35中設計了一種分組去極值的變時長濾波方法，保證傳輸給上位機控制模塊1的電能信息的準確性。所述的變時長濾波方法的實現(xiàn)過程為針對每個電能信息數(shù)據(jù)，微處理器模塊35控制電壓電流測量模塊31以固定采用時間t對該電能信息數(shù)據(jù)進行采集，則在上位機控制模塊1對無線傳感器節(jié)點3設置的采樣時間T內(nèi)，采集到η = T/t個數(shù)據(jù)，按照采樣的先后順序排列，將每5個連續(xù)的電能信息數(shù)據(jù)分為一組，共分為η/5 組，將每一組電能信息數(shù)據(jù)中的2個最大值和2個最小值去掉，保留中間值，共得到η/5個保留值，將η/5個保留值取平均值做為在采樣時間T內(nèi)的采樣結(jié)果發(fā)送給上位機控制模塊 1。以電流有效值為例，設定電壓電流測量模塊31的采樣時間為5ms。根據(jù)上位機控制模塊 1對無線傳感器節(jié)點3設置的采樣時間，以Is為例，在Is的采樣時間內(nèi)電壓電流測量模塊 31可以采集的電流有效值為200個。將200個采樣數(shù)據(jù)按照采樣的先后順序排列，每5個連續(xù)的數(shù)據(jù)為一組，如果是200個數(shù)據(jù)，就分成了 40組。對每一組數(shù)據(jù)，去掉2個最大值和 2個最小值，保留中間值；這樣40組數(shù)據(jù)就得到了 40個保留值，把這40個保留值取平均值作為上位機控制模塊1設置的Is采樣時間內(nèi)中采集數(shù)據(jù)的輸出結(jié)果。當上位機控制模塊1 設定的采樣時間變化時，改變這一濾波過程的數(shù)據(jù)的組數(shù)n，但不改變每一組的數(shù)據(jù)個數(shù)， 計算的方法不變。這種濾波取得了良好的效果，數(shù)據(jù)精度達到千分之一以內(nèi)。每一組的數(shù)據(jù)設為5個，如果小于5 (用3個數(shù)據(jù)時)達不到濾波效果，大于5時會帶來較大的計算量， 因此該方法中設定的5具有很好的效果。由電壓電流測量模塊31的采樣時間保證，當一次濾波計算的數(shù)據(jù)大于10組時，精度達到千分之一以內(nèi)，完全可以滿足電能監(jiān)測的要求。
無線傳感器節(jié)點3上的微處理模塊35上安裝有嵌入式軟件，該嵌入式軟件基于嵌入式操作系統(tǒng)Contiki開發(fā)。嵌入式操作系統(tǒng)Contiki是一個開源的、高可移植的、支持TCP/IP網(wǎng)絡，包括IPv6等的多任務操作系統(tǒng)。Contiki系統(tǒng)需要2Kb的RAM與40Kb的ROM，就能提供多任務環(huán)境和內(nèi)建TCP/IP支持。Contiki包括了一個事件驅(qū)動的內(nèi)核，因此可以在運行時動態(tài)載入上層應用程序。Contiki中使用輕量級的進程模型，進程間通訊通過事件利用消息來實現(xiàn)，可以在事件驅(qū)動內(nèi)核上提供一種線性的、類似于線程的編程風格。由于具有上述優(yōu)點，嵌入式操作系統(tǒng)Contiki非常適合移植在STM32W上開發(fā)無線傳感器節(jié)點 3上的應用程序。
無線傳感器節(jié)點3的嵌入式軟件充分利用了操作系統(tǒng)對IPv6網(wǎng)絡協(xié)議的支持。具體實現(xiàn)了如下功能具有自動搜索網(wǎng)絡和組網(wǎng)的功能，能夠動態(tài)建立測試網(wǎng)絡；控制電壓電流測量模塊31對電能進行測量，并且在可能存在外界干擾的情況下處理數(shù)據(jù)，例如采用去極值后均值濾波的方法以保證數(shù)據(jù)的準確性；根據(jù)通信協(xié)議，在上位機控制模塊1的控制下實現(xiàn)采集電能信息數(shù)據(jù)的傳輸，并根據(jù)控制命令按照表1所述的傳輸協(xié)議實現(xiàn)傳輸狀態(tài)的控制和電源的開關控制。
如圖4所示，為無線傳感器節(jié)點3上的嵌入式軟件主要包括的功能函數(shù)和工作流程如下
(1)微處理模塊35自身設置有存儲模塊，建立有數(shù)據(jù)庫，用于存儲上位機控制模塊1發(fā)送來的配置信息以及采集的電能信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。開始運行無線傳感器節(jié)點3上的嵌入式軟件，首先，打開微處理模塊35的數(shù)據(jù)庫，讀取數(shù)據(jù)庫中的配置信息，根據(jù)該配置信息對無線傳感器節(jié)點3配置，然后進入數(shù)據(jù)采集和存儲狀態(tài)，實時存儲采集的電能信息數(shù)據(jù)并發(fā)送。微處理模塊35的數(shù)據(jù)庫具有這樣的功能由于上位機控制模塊1安裝在遠程PC機上，用戶對電能的監(jiān)控不會是長期連續(xù)開機的，因此，微處理模塊35的數(shù)據(jù)庫可以在沒有通信的狀態(tài)下工作。當上位機控制模塊1關機后，無線傳感器節(jié)點3檢測到這一運行狀態(tài)，自動切換到電能信息存儲狀態(tài)，停止存儲信息的發(fā)送，設定為每5分鐘采樣一次數(shù)據(jù)，存儲于數(shù)據(jù)庫中。存儲模塊的存儲容量保證數(shù)據(jù)庫可以存儲1個月以上的電能數(shù)據(jù)。在上位機控制模塊1工作發(fā)出通信指令后，無線傳感器節(jié)點3首先發(fā)送存儲的歷史數(shù)據(jù)，然后進入實時采集、發(fā)送的狀態(tài)。
(2)初始化操作。在工作初始，執(zhí)行初始化函數(shù)sensoHnitO，根據(jù)上位機控制模塊1發(fā)送的配置信息完成對無線傳感器節(jié)點3的初始化操作，包括分配無線傳感器節(jié)點的絕對地址，設定該節(jié)點的采樣周期、報警閾值和電流保護的限制值等。初始化函數(shù) sensorlnitO中包括對微處理器模塊35的初始化函數(shù)emWnit7753 ()，用于對電壓電流測量模塊31的初始化，初始化操作包括設定電壓電流測量模塊31為雙通道的工作模式，并設定為電壓、電流的有效值、瞬時值，有功功率、無功功率和視在功率的多數(shù)據(jù)采集模式。在無線傳感器節(jié)點3初始化完成、準備就緒之后，執(zhí)行網(wǎng)絡的初始化函數(shù)embNetworklnitO， 組建測試網(wǎng)絡。
(3)建立用戶數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。在組網(wǎng)后，根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)函數(shù)embNetworkStateO的反饋，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)embkndData ()和數(shù)據(jù)解析函數(shù)embReadData ()，對采集的電能信息數(shù)據(jù)、控制命令和報警信息進行接收、發(fā)送和協(xié)議解析。
(4)無線傳感器節(jié)點3開始執(zhí)行工作。執(zhí)行應用函數(shù)applicationTickO，實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點3的應用功能，主要包括控制電壓電流測量模塊31采集電能信息數(shù)據(jù)，控制繼電器控制模塊34的電源開關，接收上微機控制模塊1的控制命令，上傳電能信息數(shù)據(jù)等。 例如，利用讀操作函數(shù)readOperationO和寫操作函數(shù)writeOperation()控制電壓電流采集模塊31測量電能信息數(shù)據(jù)。
ZigBee無線協(xié)議的棧結(jié)構由物理層、媒體接入控制層、網(wǎng)絡層和應用層組成。網(wǎng)絡層和應用層上的協(xié)議由ZigBee聯(lián)盟制定，物理層和媒體接入控制層采用IEEE802. 15. 4標準。由于IEEE802. 15. 4的網(wǎng)絡特性決定了 IPv6不能直接構建于IEEE802. 15. 4網(wǎng)絡上，因此在實現(xiàn)基于IPv6的IEEE802. 15. 4時存在一系列的問題，而這也是本發(fā)明中所采用的網(wǎng)絡通信協(xié)議所要解決的問題。
采用ZigBee無線協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感節(jié)點3接入IPv6網(wǎng)絡有兩種方法，全局IP地址方式和對等網(wǎng)絡方式。
全局IP地址方式是無線傳感器節(jié)點3與IPv6網(wǎng)絡之間的一種無縫結(jié)合方式，充分地利用了 IPv6的新特性。該方式要求每個無線傳感器節(jié)點3都支持IPv6協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)。采用全局IP地址方式為網(wǎng)絡融合提供了方便；IP組網(wǎng)技術相對新型組網(wǎng)技術更容易被人們理解與接受；全局IP地址方式通過有線網(wǎng)絡或無線網(wǎng)絡將若干無線傳感器節(jié)點3 連接到IPv6網(wǎng)絡，實現(xiàn)互聯(lián)，是最簡單方便的方式。全局IP地址方式是以地址為中心，對于主要功能是根據(jù)上位機控制模塊1的指令進行數(shù)據(jù)采集的無線傳感器節(jié)點3，采用全局 IP地址方式解決通信問題將使工作效率降低，增加了無線傳感器節(jié)點3通信的功耗。但若單獨地對每個無線傳感器節(jié)點3進行訪問的情況下，應該為每個無線傳感器節(jié)點3配置全局IP地址；當用戶單獨訪問與控制某些特殊的無線傳感器節(jié)點3時，這些特殊的無線傳感器節(jié)點3也應該具有全局IP地址。因此，全局IP地址非常適用于對單獨的無線傳感器節(jié)點3的訪問與控制，為整個通信協(xié)議框架提供有力支持，加之已非常成熟完善的各種IP技術，具有一定的改進發(fā)展空間和潛在優(yōu)勢。
對等網(wǎng)絡方式通過設置特定的路由器，在無線傳感器節(jié)點3和IPv6的相同協(xié)議層之間進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)絡之間的互聯(lián)。這種方式下路由器必須支持IPv6協(xié)議。按照網(wǎng)關工作層次的不同，可分為應用層網(wǎng)關和Net-work address translation (NAT)網(wǎng)關兩種方式。應用層網(wǎng)關方式的核心方法是由設置在WSN與hternet之間的網(wǎng)關在應用層進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。缺陷在于用戶透明度低，WSN提供的各種服務使用困難， 而且網(wǎng)絡協(xié)議不一致。NAT網(wǎng)關方式的核心方式是由NAT網(wǎng)關在網(wǎng)絡層進行地址和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，初始條件必須在WSN中采用以地址為中心的網(wǎng)絡協(xié)議，在外網(wǎng)采用Ipv6網(wǎng)絡協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
IPve-ZigBee路由器2和無線傳感器節(jié)點3的設計實現(xiàn)了全局IP地址方式和對等網(wǎng)絡方式兩種方式的融合，實現(xiàn)的方法上位機控制模塊1發(fā)送的數(shù)據(jù)為IPv6數(shù)據(jù)格式，其數(shù)據(jù)組織根據(jù)應用層的協(xié)議，數(shù)據(jù)的闡述協(xié)議遵循IPv6協(xié)議格式。IPve-ZigBee路由器2 支持IPv6協(xié)議，接收上位機控制模塊1發(fā)送的數(shù)據(jù)并解析該數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以ZigBee無線協(xié)議格式重新組織，重新組織的數(shù)據(jù)中通過兩種方式保證數(shù)據(jù)的可靠性1、各個數(shù)據(jù)包按照順序編號；2、數(shù)據(jù)在最后一幀添加累加和校驗。IPve-ZigBee路由器2通過無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)給無線傳感器節(jié)點3，無線傳感器節(jié)點3通過ZigBee無線方式接收數(shù)據(jù)，并解析接收過的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)包得順序編號和和校驗的方式保證數(shù)據(jù)正確性。無線傳感器節(jié)點3對接收過的數(shù)據(jù)按照IPv6協(xié)議格式重新組織，得到數(shù)據(jù)中包含的絕對地址信息和應用協(xié)議。無線傳感器節(jié)點3向上位機控制模塊1發(fā)送數(shù)據(jù)的過程和上述過程相反。同樣，IPvB-ZigBee 路由器2在重新組織的數(shù)據(jù)中也對各數(shù)據(jù)包按照順心編號，并在數(shù)據(jù)的最后一幀添加累加和校驗，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
本發(fā)明中采用的IPve-ZigBee路由器2融合了所述的全局IP地址方式和對等網(wǎng)絡方式，無線傳感器節(jié)點3都支持IPv6協(xié)議，同時用路由器2解決了 ZigBee的傳輸距離的限制。無線傳感器節(jié)點3將采集到的電能信息數(shù)據(jù)經(jīng)過單跳或多跳傳送至IPve-ZigBee路由器2。IPv6-ZigBee路由器2作為WSN內(nèi)部網(wǎng)絡與用戶終端的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的暫存和轉(zhuǎn)發(fā)。因為無線傳感器節(jié)點3支持IPv6協(xié)議，對于用戶終端，每一個無線傳感器節(jié)點3都有獨立的地址，具有很好的透明性。
IPv6-ZigBee路由器2作為WSN中最大的匯聚點，需要收集WSN的數(shù)據(jù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊獲得這些數(shù)據(jù)信息和附加信息后，進行正確的處理或轉(zhuǎn)發(fā)。同時路由器2在邏輯上成為以太網(wǎng)中的一個節(jié)點，有能力與遠程的上位機控制模塊1進行通信，接收IPv6網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包并進行處理。本發(fā)明IPve-ZigBee路由器2中的微處理器采用型號為S3C2410的芯片， 采用型號為CCM20的射頻芯片，支持IEEE802. 15. 4標準，工作頻帶范圍為2. 4GHz 2. 483 5GHz，傳輸速率達250Kb/s。另一個接口用于與WLAN連接，采用WLAN接口實現(xiàn)與IPv6網(wǎng)絡和用戶終端的通信。
本發(fā)明系統(tǒng)中所采用的通信協(xié)議的通信數(shù)據(jù)格式分為三種命令幀、數(shù)據(jù)幀和狀態(tài)幀，如表1所示。命令幀用于實現(xiàn)上位機控制模塊1對傳感網(wǎng)絡節(jié)點3的命令設置，幀格式的CMD部分實現(xiàn)了不同的命令功能。數(shù)據(jù)幀的作用是傳感器網(wǎng)絡節(jié)點3向上位機控制模塊1發(fā)送測量的電能信息數(shù)據(jù)，并通過累加和校驗。狀態(tài)幀用于上位機控制模塊1和無線傳感節(jié)點3的通信狀態(tài)交互。上位機控制模塊1通過命令幀向無線傳感器節(jié)點3發(fā)送控制命令，并設置相關配置參數(shù)。無線傳感器節(jié)點3根據(jù)命令內(nèi)容回復狀態(tài)幀或數(shù)據(jù)幀。
表1系統(tǒng)通信協(xié)議的通信數(shù)據(jù)格式
權利要求
1. 一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，包括上位機控制模塊(l)、IPv6-ZigBee路由器⑵ 和無線傳感器節(jié)點(3)，其特征在于，上位機控制模塊(1)布置在PC機上，在建筑中的每個待測設備的接線裝置中布置有一個無線傳感器節(jié)點(3)，每個無線傳感器節(jié)點( 具有獨立的IPv6地址，同時支持對等網(wǎng)絡層協(xié)議，上位機控制模塊(1)與無線傳感器節(jié)點(3)之間通過IPve-ZigBee路由器(2)進行無線網(wǎng)絡通信；所述的上位機控制模塊(1)在運行初期根據(jù)用戶設置對整個建筑中的無線傳感器節(jié)點(3)建立樹狀邏輯結(jié)構，并為每個無線傳感器節(jié)點(3)分配一個獨立的IPv6地址，用戶對每個無線傳感器節(jié)點( 進行配置信息的設置，在運行過程中上位機控制模塊(1)接收無線傳感器節(jié)點(3)采集的電能信息數(shù)據(jù)，對電能信息數(shù)據(jù)進行分析，并進行電能控制；上位機控制模塊(1)給無線傳感器節(jié)點( 發(fā)送的數(shù)據(jù)包括配置信息和控制命令；無線傳感器節(jié)點( 給上位機控制模塊(1)發(fā)送的數(shù)據(jù)包括電能信息數(shù)據(jù)和報警信息；所述的IPve-ZigBee路由器⑵實現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，與上位機控制模塊⑴之間采用IPv6協(xié)議進行通信，與無線傳感器節(jié)點(3)之間采用ZigBee無線協(xié)議，接收并解析上位機控制模塊(1)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以ZigBee無線協(xié)議格式重新組織發(fā)送給無線傳感器節(jié)點(3)，接收并解析無線傳感器節(jié)點(3)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)以IPv6協(xié)議格式重新組織發(fā)送給上位機控制模塊(1)；對重新組織的數(shù)據(jù)通過將各個數(shù)據(jù)包按照順序編號和在數(shù)據(jù)的最后一幀添加累加和校驗，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；所述的無線傳感器節(jié)點( 根據(jù)上位機控制模塊(1)發(fā)送的配置信息實時采集電能信息數(shù)據(jù)，并通過跳傳的方法以ZigBee無線協(xié)議傳送給IPve-ZigBee路由器(2)，并上傳給上位機控制模塊(1)，接收上位機控制模塊(1)下發(fā)的控制命令對無線傳感器節(jié)點(3)所檢測的設備的電能進行控制和保護；具體每個無線傳感器節(jié)點( 包括電壓電流測量模塊(31)、Zigbee通信模塊(32)、電源轉(zhuǎn)換模塊(33)、繼電器控制模塊(34)和微處理器模塊 (35)；所述的電壓電流測量模塊(31)采用型號為ADE7753的差分測量芯片測量差分的電壓和電流信號，電壓信號的采集采用IM歐姆電阻&和1. 2K歐姆電阻&串聯(lián)分壓的方法獲得交流電壓的差分信號，電流采樣采用差分電阻的方法，在火線中串聯(lián)一個毫歐姆級的電阻 Z3，采樣的電壓信號與電流信號先經(jīng)過濾波器進行濾波后輸入差分測量芯片，由差分測量芯片測量得到當前時刻的電能信息數(shù)據(jù)，包括電壓、電流的有效值，電壓、電流的瞬時值， 有功功率，無功功率和視在功率；所述的Zigbee通信模塊(32)包括三部分一個外置的50/100阻抗匹配變壓器，用于提供不平衡50歐姆到平衡100歐姆的阻抗變換；一個由電感和電容組成的匹配網(wǎng)絡，用于優(yōu)化射頻信號的性能；一個帶通濾波器，用于處理傳導諧波；所述的電源轉(zhuǎn)換模塊(3 采用220V的線性電源供電，并使用π濾波器對直流電源濾波，為無線傳感器節(jié)點(3)中各模塊提供電源，其中，將電源220V的線性電源進行轉(zhuǎn)換，為對電壓電流測量模塊(31)和微處理器模塊(3 分別提供直流5V和3. 3V的電源；所述的繼電器控制模塊(34)接收微處理器模塊(3 的控制命令，控制繼電器的開關；所述的微處理器模塊(35)采用型號為STM32W的芯片實現(xiàn)，芯片的雙向射頻端口是共享差分接口，內(nèi)部連接至低噪聲放大器和功率放大器，微處理器模塊(3 通過Zigbee通信模塊(3 接收上位機控制模塊(1)傳送來的配置信息和控制命令，控制電壓電流測量模塊 (31)采集電能信息數(shù)據(jù)，并將電能信息數(shù)據(jù)通過Zigbee通信模塊(32)發(fā)送給上位機控制模塊(1)；微處理器模塊(35)還對采集的電能信息數(shù)據(jù)根據(jù)報警閾值判斷是否需要報警， 當有功功率超過報警閾值一定時間時，或者根據(jù)所測量的電流有效值發(fā)現(xiàn)用電錯誤造成短路時，發(fā)出報警信息，通過Zigbee通信模塊(32)發(fā)送給上位機控制模塊(1)，同時主動切斷電源或者等待上位機控制模塊(1)發(fā)送的關閉電源的控制命令后切斷電源。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的電壓電流測量模塊(31)中的IM歐姆電阻乙用100K歐姆電阻串聯(lián)實現(xiàn)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源轉(zhuǎn)換模塊(3 中還設計有超級電容，容量為1F，使無線傳感器節(jié)點C3)具有掉電監(jiān)測的功能， 當交流220V斷電后，電源轉(zhuǎn)換模塊(33)仍舊能夠維持電源輸出一段時間，在該時間段內(nèi)， 微處理器模塊(3 判斷采集的電壓有效值數(shù)據(jù)，當采集的電壓有效值數(shù)據(jù)保持為0的時間超過10分鐘時，上傳交流220V斷電的信息給上位機控制模塊(1)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的微處理器模塊(3 采用分組去極值的變時長濾波方法為上位機控制模塊(1)輸出采集的電能信息數(shù)據(jù)，具體是針對每個電能信息數(shù)據(jù)，微處理器模塊(3 控制電壓電流測量模塊(31) 以固定采用時間t對該電能信息數(shù)據(jù)進行采集，則在上位機控制模塊(1)對無線傳感器節(jié)點⑶設置的采樣時間T內(nèi)，采集到n = T/t個數(shù)據(jù)，按照采樣的先后順序排列，將每5個連續(xù)的電能信息數(shù)據(jù)分為一組，共分為η/5組，將每一組電能信息數(shù)據(jù)中的2個最大值和2 個最小值去掉，保留中間值，共得到η/5個保留值，將η/5個保留值取平均值發(fā)送給上位機控制模塊(1)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的微處理器模塊(35)安裝有嵌入式軟件，該嵌入式軟件基于嵌入式操作系統(tǒng)Contiki開發(fā)，支持 IPv6網(wǎng)絡協(xié)議，具體實現(xiàn)如下功能(a)打開微處理模塊(3 的數(shù)據(jù)庫，讀取數(shù)據(jù)庫中的配置信息，根據(jù)該配置信息對無線傳感器節(jié)點(3)配置，然后進入數(shù)據(jù)采集和存儲狀態(tài)，實時存儲采集的電能信息數(shù)據(jù)并發(fā)送給Zigbee通信模塊(32)；(b)對無線傳感器節(jié)點(3)進行初始化操作，包括分配無線傳感器節(jié)點的絕對地址、 設定采樣周期和報警閾值，初始化操作中還包括對電壓電流測量模塊31的初始化操作設定電壓電流測量模塊(31)為雙通道的工作模式，并設定為電壓、電流的有效值、瞬時值，有功功率、無功功率和視在功率的多數(shù)據(jù)采集模式；在無線傳感器節(jié)點(3)初始化完成后，執(zhí)行網(wǎng)絡的初始化函數(shù)embNetworklnit ()，組建測試網(wǎng)絡；(c)建立用戶數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在組網(wǎng)后，根據(jù)網(wǎng)絡狀態(tài)函數(shù)embNetworkStateO的反饋，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)embkndData ()和數(shù)據(jù)解析函數(shù)embReadData ()，對采集的電能信息數(shù)據(jù)、控制命令和報警信息進行接收、發(fā)送和協(xié)議解析；(d)控制無線傳感器節(jié)點(3)執(zhí)行工作，執(zhí)行應用函數(shù)applicationTickO，實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點⑶的應用功能，主要包括控制電壓電流測量模塊(31)采集電能信息數(shù)據(jù)，控制繼電器控制模塊(34)的電源開關，接收上微機控制模塊(1)的控制命令以及上傳電能信息數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的 IPve-ZigBee路由器O)中的微處理器采用型號為S3C2410的芯片，射頻芯片采用型號為 CC2420的芯片，支持IEEE802. 15. 4標準，工作頻帶范圍為2. 4GHz 2. 483 5GHz，傳輸速率達 250Kb/s。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的上位機控制模塊(1)包括三個功能模塊網(wǎng)絡通訊模塊(11)、數(shù)據(jù)庫通訊模塊(12)和用戶UI模塊(13)；網(wǎng)絡通訊模塊(11)用于與IPve-ZigBee路由器(2)建立IPv6網(wǎng)絡通信，根據(jù)通信協(xié)議對數(shù)據(jù)進行封包和拆包的工作；數(shù)據(jù)庫通訊模塊(1 用于存儲從網(wǎng)絡通訊模塊(11)傳送來的無線傳感器節(jié)點(3)采集的電能信息數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫通訊模塊(1 中對每個無線傳感器節(jié)點(3)，根據(jù)該節(jié)點的 IP地址和采集時間二維信息作為索引存儲對應的電能信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶設置的樹狀邏輯結(jié)構依次建立每一級索引；用戶UI模塊(13)主要用于(一)根據(jù)用戶設置對整個建筑中的無線傳感器節(jié)點(3) 建立樹狀邏輯結(jié)構，并為每個無線傳感器節(jié)點(3)分配一個獨立的IPv6地址，接收用戶輸入的配置信息，并將配置信息通過網(wǎng)絡通信模塊(11)傳送給相應的無線傳感器節(jié)點(3)， 根據(jù)用戶的設置，向無線傳感器節(jié)點C3)發(fā)送數(shù)據(jù)采集控制命令；(二)向無線傳感器節(jié)點 (3)發(fā)送相應的控制命令以控制無線傳感器節(jié)點( 工作控制無線傳感器節(jié)點( 所檢測設備的電源的開關；查詢無線傳感器節(jié)點(3)的工作狀態(tài)；設置無線傳感器節(jié)點(3)的工作模式，工作模式分為自動采樣和手動采樣；設置無線傳感器節(jié)點( 的采樣周期；設置無線傳感器節(jié)點(3)的報警閾值和報警模式；(三)從數(shù)據(jù)庫通訊模塊(1 中讀取無線傳感器節(jié)點(3)的電能信息數(shù)據(jù)，統(tǒng)計被測設備的電能總消耗量，統(tǒng)計整個房間或整棟建筑的電能總消耗量，以及各被測設備或各房間的電能使用比例，顯示給用戶查看；(四)根據(jù)用戶的設置，對被測設備或房間或建筑的電能使用量進行控制；(五)根據(jù)用戶對接收到的報警信息的處理，下發(fā)控制無線傳感器節(jié)點(3)所測設備的電源開關的控制命令。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的 IPve-ZigBee路由器( 與上位機控制模塊(1)之間，與無線傳感器節(jié)點(；3)之間采用的通信協(xié)議的通信數(shù)據(jù)格式分為三種命令幀、數(shù)據(jù)幀和狀態(tài)幀；所述的命令幀的格式包括三部分第一部分是幀標志，用來表示標識字，格式為無符號整型，默認為5214H;第二部分是命令類型，用來表示命令，內(nèi)容是通訊過程中需要的各種確認狀態(tài)，格式為字節(jié)型；第三部分是命令數(shù)據(jù)，用來表示具體命令的數(shù)據(jù)，為無符號整型；所述的數(shù)據(jù)幀的格式包括五部分第一部分是幀標志，用來表示標識字，格式為無符號整型，默認為6215H ；第二部分是報警信息，用來表示數(shù)據(jù)類型，0表示正常數(shù)據(jù)，1表示報警信息，格式為字節(jié)型；第三部分是數(shù)據(jù)類型，用來表示有效數(shù)據(jù)的類型，格式為字節(jié)型；第四部分是電能信息數(shù)據(jù)，格式為無符號整型；第五部分是校驗和，是添加的累加和校驗，用來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，格式為無符號整型；所述的狀態(tài)幀的格式包括兩部分第一部分是幀標志，用來表示標識字，格式為無符號整型，默認為7216H ；第二部分是通訊狀態(tài)標識，用來表示通訊過程中需要的各種確認狀態(tài)，格式為字節(jié)型。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，其特征在于，所述的無線傳感器節(jié)點(3)和IPve-ZigBee路由器(2)的傳輸距離，在安裝了天線且沒有障礙物時，傳輸距離不超過70米，在安裝了天線且有障礙物存在時，傳輸距離不超過20米，在不使用天線時，傳輸距離不超過10米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電能測量、控制和保護系統(tǒng)，應用于電能控制以及電通信領域。該系統(tǒng)包括布置在遠程PC機上的上位機控制模塊、IPv6-ZigBee路由器和布置在建筑中的待測設備的接線裝置中的無線傳感器節(jié)點。本發(fā)明系統(tǒng)中的無線傳感器節(jié)點在采集被測設備的電能信息時，具有足夠的采集精度，實現(xiàn)了對固定建筑中電能的測量、控制和保護，為進一步提出優(yōu)化電能使用方案提供了依據(jù)，在通信中采用全局IP地址方式和對等網(wǎng)絡方式相結(jié)合，使得每個無線傳感器節(jié)點具有一個IPv6地址，通過IPv6-ZigBee路由器實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點和上位機控制模塊的及時通信，并制定了通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸头€(wěn)定性。
文檔編號H04L29/12GK102523272SQ201110406439
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者徐東, 魏洪興 申請人:北京航空航天大學