基于物联网技术的无线继电器模块研制与应用

目前在变 电站存在大量未接人监测控制和数 据采集 (SupervisoryControlandDataAcquisition， SCADA)系统的辅助子系统如照明系统 、给排水系 统等小型系统 ，以及孤立运行的辅助加热驱潮装置，这些由继电器或可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)控制的子系统或装置 由于其 对变电主设备而言的重要性 和成本 因素考虑 ，未 实现远程控制或监视 ，但随着变电站少人化 、无人化的不断推进 ，这些子系统或装置如何低成本地 实现远程监控 日益成为迫切待解的问题。 物联网(|nternetOfThings)是通过射频识别 、 红外感应器 、全球定位系统 、激光扫描器等信息传 感设备 ，按约定的协议 ，把任何物品与互联 网连接 起来 ，进行信息交换和通讯 ，以实现智能化识别 、 定位 、跟踪 、监控和管理 的一种网络 ，目前已广 泛 在多个领域 中得到应用_l。本文介绍了一种基于 物联网 Zigbee无线通讯协议 的低成本无线继电器 模块的软 、硬件系统设计及典型应用场景 ，由于其 无线传输 、低成本及 自组网优势 ，能够很好地解决 辅助子系统远程监控的问题 ，同时可扩展至智能 家居等多个领域。

一、Zigbee无线网络

ZigBee是一种基于 IEEE802．15．4协议的低功 耗 、低传输速率 、架构简单的短距 离无线通信技 术 ，它在 自动控制领域的应用正越来越引起 业界 的瞩 目∞ 。Zigbee传输距离可达百米 ，使用频段为 免费的 2．4GHz，传输速率为 20～250kbps。相对于 现有的各种无线通信技术 ，ZigBee技术的低功耗 、 低速率是最适合作为传感器网络的标准 ，这将成 为未来 Zigbee技术主要的发展方向。此外 ，Zigbee 具有成本低 、结构简单 、耗电量小等特点 ，使得利 用 Zigbee技术组成的网络具备省电 、可靠 、成本 低 、容量大 、安全 、自愈性强等诸多优势。基于 Zigbee技术 的网状 网络结构在组 网和选择网络路 径时更加灵活 、自由，因此 ZigBee技 术拥 有众多 胜出物联 网市场的优势 。 1．1 ZigBee网络设 备类 型 如图 1所示 ，一个 ZigBee网络 中有 3种逻辑 设备类型 ：c为协调器 ，R为路 由器 ，E为终 端设备。1个 Zigbee网络 中包含 1个协调器节点 ，多个 路 由器和终端设备节点 。协调器作为整个 网络 的组织者 ，它是网络 的 第 1个设备。通常协调器选择 1个信道和 1个 网 络标识符 (PANID)，然后启动 网络 ，在协调器启动 网络过程 中可用于协助建立网络安全和应用级别 绑定 ，让协调器建立无线 网络后 自动转入路 由器 类型节点运行。无线网络 内的各分布节点可 自主 运 行 。路 由器执行 网络管理 ，多跳路 由及低功耗终 端节点管理功能。路由器节点允许特定设备加入 其网络 ，参与 Mesh网络数据的转发与控制 ，同时 路 由器节点可具备 自身节点的数据应用 。路 由器 节点具备一项重要的功能就是通过数据唤醒由于 低功耗需求而转入休眠状态的终端节点或子网络。 终端设备没有特定的网络职责 ，它通常是一 个具体的网络应用环节。由电池供电的终端节点 具备休眠功能 ，休眠时电源功耗维持最低 ，直 至由 特定路 由器节点唤醒为止 。

1．2 ZigBee组 网流程 如 图 2所示 ，ZigBee网络具备 自组 网特性 ，当 协调器组建 网络完毕网络 自动运行后 ，网络 中出 现任意相同 PANID节点 即可 自行加 入 ZigBee网 络并与其他网络节点进行通讯