【设计】基于ZigBee的无线电源监控系统设计.docx
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2023-03-05
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【关键字】设计
基于 ZigBee 无线传感网的电源监控系统设计
0 引言
传统电源监控系统多采用有线连接方式。当监控节点较多时，就存在着安装困难、布
线繁琐及维护不便等问题。采用基于 ZigBee 技术的无线传感器网络来组建这种电源监控系
统，即可解决上述种种问题。现介绍 ZigBee 技术的工作原理及。
ZigBee 协议栈结构由物理层、MAC 层、网络层和应用层组成。ZigBee 标准规定，所
有的 ZigBee 网络节点分为 Coordinator、Route、EndDevice 这 3 种类型。不论 ZigBee 网络采
用何种拓扑方式，网络会自动按照 ZigBee 协议算法选择较好的路由路径作为数据传输通道，
以提高通讯效率。
1 监控系统设计
图 1 系统结构框
终端节点通过采集/保护模块采集电源设备 0~30V 的电压数据，通过路由器节点发送给
协调器节点，同时还要接收协调器的控制命令并作相应处理；路由器节点在系统中的主要任
务是数据中转，确保协调器节点与终端节点间的数据交换正确，增加了ZigBee 网络的覆盖
范围；协调器节点一方面接收终端节点采集到的电源电压数据，并把该数据通过串口发送给
上位机，另一方面接收上位机的命令信息，然后发送给对应的终端节点；上位机实现对监控
设备状态信息的管理，包括系统配置、实时状态显示、节点控制、数据处理及数据查询等。
1.2 网络拓扑选择
ZigBee 网络具有 3 种拓扑形式：星形拓扑、树形拓扑、网状拓扑。文中设计的监控系
统选择网状拓扑作为系统拓扑结构。
2ZigBee 监控系统的硬件设计
监控系统主要由路由器节点和终端节点组成。
终端节点模块由采集和控制两部分组成。电源采用DH-4 型直流稳压电源。将电源电
压 0~30V 使用 1/10 电阻分压变为片内 AD 采集 0~3V 电压；保护模块又包括继电器和蜂鸣
器电路两部分，继电器用于切断或恢复电源与负载设备的连接，起到过压保护的作用，蜂鸣
器在电源过压时响起，起报警作用。其中，在继电器驱动电路里加入二极管用于在继电器断
电瞬间将继电器线圈产生的较大的反向电动势释放掉，起到保护三极管的作用。
3ZigBee 监控系统的软件设计
ZigBee 无线网络节点的软件开发平台采用 IAREmbeddedWorkbenchV7.30Bfor8051
（IAREW）集成开发环境。ZigBee 无线模块的软件系统协议栈采用操作系统的思想来构建，
采用"事件轮询"机制，当各层初始化之后，系统加入低功耗模式。当事件发生时，唤醒系统，
开始加入中断处理事件，结束后继续加入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先
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