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摘要:針對當前電力設備采集運行的信息化需求，結合當前的物聯網技術，提出一種基于電力物聯網的芯片集成系統，通過該集成模塊，完成對電力設備運行數據的采集。文章以電力設備運行中常見的溫濕度數據采集作為研究對象，以MSP430作為溫度數據核心處理主控芯片，以CC2530作為射頻輸出模塊，以SHT10作為溫濕度傳感器，對該電力物聯網的溫度集成采集系統進行構建，并重點從硬件和軟件的角度對上述了集成系統進行構建。最后通過上述的設計，對集成系統進行了簡單的測試，驗證了上述集成系統在電力數據采集的可行性。
關鍵詞:電力物聯網;MSP430;無線射頻;溫度采集;系統構建
0引言
隨著現代信息化步伐的加快，提高對設備運行的信息化采集水平，是當前信息化時代思考的重點。作為電力改革重點領域，信息化一直以來是電力部門思考和構建的重點，其目的旨在通過信息化的普及，全面提升電力部門的服務水平。其中，物聯網技術憑借其獨特的優勢，被廣泛應用在各個不同的領域。如劉慧(2012)借助物聯網技術，以CC2530作為無線射頻通信模塊，通過Zigbee無線通信方式，完成對溫度數據的采集;李季洋(2017)則通過物聯網技術，對電力設備故障數據進行采集和分析，從而通過后臺軟件即可分析出不同電力設備運行的情況。輸配電作為當前電力輸送的一個重要環節，其運行的好壞直接關系著電力服務。但是傳統的輸配電設備檢修和管理大部分是通過人工的方式，這不僅需要耗費大量的人力，還極大地增加了公司的運營成本。對此，在信息化的背景下，如何借助信息化解決當前輸配電設備管理的要求，是當前提升電力企業效率的重點和關鍵。本文則結合物聯網技術的特點，將物聯網技術應用到輸配電設備的環境監測中，并借助大規模的傳感器芯片集成采集，對提升輸配電設備運行自動化監控水平，提高電力設備運行的信息化程度等，具有非常重要作用。
1系統整體方案設計
1.1設計原則
在對該物聯網集成方案的設計中，主要遵循以下的幾個原則:第一，模塊化設計原則。為提高設計的效率，并簡化后期維護的成本，在對系統的開發中采用模塊化的思想對不同的模塊進行開發，最終再對各個模塊進行整體協調開發。第二，低功耗和低成本原則。在對電力物聯網的通用芯片集成開發中，對硬件和軟件對開發都要嚴格遵循低功耗和低成本的原則，這樣既可以保證系統的實用性，同時也可以降低開發成本。如在核心芯片的選擇中，比較當前的ARM、MSP430等芯片，則選擇MSP430系列，這主要是因為MSP430為低功耗的芯片。
1.2整體架構方案
本集成設計方案的目的是借助當前的電力物聯網技術，完成對輸配電設備溫濕度數據的采集，從而提升電網公司的自動化監控水平。在具體的數據采集思路則為:首先通過溫濕度傳感器輸配電設備中的溫濕度進行采集，然后通過無線網絡將數據傳輸給MSP430主控芯片，在通過數據的處理后，MSP430將數據傳輸給后臺管理軟件，并完成對采集數據的分析。從節點的角度來分析，則是分布在輸配電設備中的傳感器節點完成對輸配電設備中溫濕度的采集，然后將數據傳輸給匯聚節點，最后通過匯聚節點將數據傳給后臺。示意圖中，分別從硬件構成和節點的角度對方案進行了設計。其中傳感器節點由溫濕度傳感器和CC2530模塊構成，然后將數據傳遞給匯聚節點，即MSP430主控芯片，最后通過以太網將數據傳輸給后臺軟件。
2系統設計
2.1硬件選型
(1)MSP430選型
MSP430系列的單片是由著名的TI公司生產制造的，是一種超低功耗的處理器。本文結合MSP430系列，選擇其中的MSP430F149型號。該款芯片的典型特點有以下幾個:第一，超低功耗。該芯片在待機的情況下，電流可小于1μA，在工作模式下，其耗電為250μA。同時該款芯片提供了5種不同的低功耗模式和1種活動模式。第二，數據處理功能強大。該芯片在一個時鐘周期內，就可以執行1條指令。第三，具有豐富的外圍模塊。在芯片的內部集成了包括定時看門狗、DMA控制器、串行通信等在內的多個模塊，從而可外接執行不同的功能。
(2)無線射頻模塊—CC2530
該模塊被認為是IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應用中一個SoC解決方案。通過CC2530，可以采用非常低的成本建立一個無線網絡。CC2530的典型特點就是擁有領先的RF收發器，可編程的大小為8KB的RAM，同時擁有不同的運行模式，滿足不同情況下的低功耗要求。同時，CC2530還擁有領先的Z－StackTM協議棧，可提供更為強大的無線網絡解決方案。
(3)SHT10溫濕度傳感器
SHT10是由瑞士公司生產的一款傳感器，具有體積小，低功耗和穩定性強的特點。該傳感器可以測量的溫度在－40℃～123.8℃，濕度的測試范圍可在0～100%。同時SHT10還擁有一個特點，那就是在其內部擁有一個加熱器，可以使溫度上升5℃，這樣方便與周圍的溫度比較，另一方面防止輸配電設備室內溫度過低造成傳感器冷凝。
2.2MSP430F190與CC2530的電路設計
根據上述的硬件選型，本文將主控芯片與無線射頻電路設計為如圖3所示。
3系統軟件設計
3.1主功能模塊設計
結合輸配電設備在數據采集方面的要求，本文將該集成系統的功能設計為如圖4所示。圖4系統功能設計其中，在節點管理中可實時增減無線網絡中的節點數量，從而利于對這個無線網絡的管理。在運行參數方面，通過對溫濕度最高或最低的設置，一旦超過某個設定的值，會立即做出報警，為維修部門提供基礎數據。另外通過狀態實時顯示部分，可實時查看不同輸配電設備內部的溫濕度情況，完成對輸配電設備的自動化監控。
3.2溫濕度采集處理整體流程
結合上述的功能，本文將該集成系統的處理流程設計為如圖5所示。
3.3協議棧整體流程設計
在本集成方案中，采用的是SoC解決方案，在該方案中，主要通過協議棧的方式完成對數據的通信。對上述提高的CC2530中的Z－Stack協議棧，其可以完成對復雜網絡的鏈接。而對于輸配電設備溫濕度采集來講，是一個非常龐大的網絡。要實現這個龐大網絡的通信，是一個非常復雜的事情。因此借助Z－Stack協議棧的特點，通過操作系統思想和事件輪循機制，當協議棧各層初始化后，系統會直接進入到低功耗階段，而當有事件發生時，可以直接喚醒相應的功能，之后再次進入低功耗。
4系統界面實現展示
為完成上述程序的開發，本文則采用C#語言對界面進行開發。改編成語言是由美國微軟公司開發的一種編程原因，具有易學和開發方便的特點。通過上述語言的開發，可以得到如圖6所示的溫濕度實時監控實時畫面。
5結束語
綜上，通過上述的開發看出，通過硬件和軟件兩方面的開發，從而實現了通過物聯網技術完成對輸配電設備電力設備溫濕度的采集和處理。透過本文的開發方面可以看出，物聯網技術極大的增加了電力管理部門的自動化監控水平，同時看出物聯網的數據采集是多個芯片共同完成，并不是單獨的芯片接口完成，涵蓋了無線通信、芯片制造、軟件開發等多個領域，為當前電力的數據采集提供了借鑒。
作者:黃佳珍 李昊 余潔 單位:廣東電網有限責任公司佛山禪城供電局
