電能質量的實時監測是提高生產效率、節能減排、安全生產的關鍵，本文針對東莞高科技產業園對電能質量的要求，提出了一種基于ZigBee無線傳感網絡的電能質量實時監測系統。該系統不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網方便、動態拓撲、低成本、大容量、高可靠性的特點，能很好地滿足高科技工業園電能質量實時監測的實際需要。

　　系統概述

　　系統結構如圖1所示，由數據采集節點，ARM9S3C2440控制模塊（匯聚節點）、本地上位機、遠程監測管理中心組成，數據采集節點分布在每個需要監測的電源點，比如：每臺精密加工設備，每臺變頻調速驅動器，自動化生產線等；S3C2440模塊（匯聚節點）分布在離數據采集節點約40 m距離的范圍內，本地上位機分布在各廠監控室，遠程監測管理中心放置在工業園電力管理中心，各部分的功能如下：

　　（1）數據采集節點：由電壓、電流互感器、信號調理電路、頻率同步電路、A／D、DSP及ZigBee模塊組成，電壓、電流互感器將從電網上得到的電壓、電流信號轉換成適合A／D轉換的交流小信號，經濾波后輸入到A／D轉換器，DSP讀取A／D轉換結果并進行相關電能質量參數運算和分析，分析結果通過 CC2530無線通信模塊傳送至ARM控制中心，頻率同步電路的作用是減小非同步采樣造成的FFT算法中的柵欄效應。

　　（2）S3C2440模塊（匯聚節點）：由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統下位機的管理控制中心，負責數據采集節點和本地上位機之間的通信與數據交換，ZigBee模塊作為協調器，負責通信鏈路及路由的建立以及數據包協議轉換等。

　　（3）本地上位機：本地使用PC作為上位機，完成數據收集、數據分析、結果顯示及存儲等功能。

　　（4）遠程監測管理中心：遠程用戶通過互聯網接入本地上位機的服務器平臺，通過“終端一服務器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實現數據和信息的共享。

　　線收發器

　　在常用的無線傳感協議中，ZigBee以其覆蓋范圍寬、容量大、組網簡單、網絡可自由擴展、聯網耗時低、安全、低功耗、低成本等優勢受到更多的關注，本系統選用CC2530 ZigBee模塊作為無線收發器，CC2530是TI在2009年推出的，在CC2430的基礎上根據CC2430實際應用的一些問題做了一些改進，存儲容量最大支持到256 KB，可編程的輸出功率高達4．5 dBm，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，通信距離最遠可以達到400 m，對于中小型工廠，不用外加功放來擴展距離，只需要一個匯聚節點即可滿足全廠范圍內的電能質量監測，強大的5通道DMA控制器使硬件外設能實現數據的高效傳輸，從而滿足系統實時監測的需求。

　　CC2530電路原理如圖2所示，CC2530與S3C2440通過UART0連接，與DSP通過串口連接。電路中的C251，C261，L1共同作用為 CC2530的內部PA和LNA提供直流偏置，C252，L261和C262，L252分別是LC巴倫電路的低通濾波電路和高通濾波電路，它們負責差分信號和單端信號之間的轉換和阻抗匹配，L2，C1，L3是pi型濾波電路。

　　本文提出的基于無線傳感網絡的大型工業園電能質量實時監測系統，利用ZigBee無線傳輸模塊實現ARM與DSP之間的通信，省去了復雜的布線環節，節約了大量的精力和成本，在實際組網點對點通信測試中，無線傳輸模塊的室外直線傳播距離超過300 m，室內有障礙時傳播距離超過40 m，最大傳輸時延小于80 ms，具有自組網功能。該系統可對電網諧波的有效值、功率及功率因數、諧波畸變率、諧波含有率、電壓波動與閃變、三相不平衡度等多種電能質量參數進行測量。系統具有低成本，高可靠性，高容量、組網簡單等特點，適用于工業園中自動化生產線精密儀器、設備的電能質量的實時監測，對高科技工業園提高生產效率，節能減排具有實際意義。