摘要:针对当前电力设备采集运行的信息化需求，结合当前的物联网技术，提出一种基于电力物联网的芯片集成系统，通过该集成模块，完成对电力设备运行数据的采集。文章以电力设备运行中常见的温湿度数据采集作为研究对象，以MSP430作为温度数据核心处理主控芯片，以CC2530作为射频输出模块，以SHT10作为温湿度传感器，对该电力物联网的温度集成采集系统进行构建，并重点从硬件和软件的角度对上述了集成系统进行构建。最后通过上述的设计，对集成系统进行了简单的测试，验证了上述集成系统在电力数据采集的可行性。
关键词:电力物联网;MSP430;无线射频;温度采集;系统构建
0引言
随着现代信息化步伐的加快，提高对设备运行的信息化采集水平，是当前信息化时代思考的重点。作为电力改革重点领域，信息化一直以来是电力部门思考和构建的重点，其目的旨在通过信息化的普及，全面提升电力部门的服务水平。其中，物联网技术凭借其独特的优势，被广泛应用在各个不同的领域。如刘慧(2012)借助物联网技术，以CC2530作为无线射频通信模块，通过Zigbee无线通信方式，完成对温度数据的采集;李季洋(2017)则通过物联网技术，对电力设备故障数据进行采集和分析，从而通过后台软件即可分析出不同电力设备运行的情况。输配电作为当前电力输送的一个重要环节，其运行的好坏直接关系着电力服务。但是传统的输配电设备检修和管理大部分是通过人工的方式，这不仅需要耗费大量的人力，还极大地增加了公司的运营成本。对此，在信息化的背景下，如何借助信息化解决当前输配电设备管理的要求，是当前提升电力企业效率的重点和关键。本文则结合物联网技术的特点，将物联网技术应用到输配电设备的环境监测中，并借助大规模的传感器芯片集成采集，对提升输配电设备运行自动化监控水平，提高电力设备运行的信息化程度等，具有非常重要作用。
1系统整体方案设计
1.1设计原则
在对该物联网集成方案的设计中，主要遵循以下的几个原则:第一，模块化设计原则。为提高设计的效率，并简化后期维护的成本，在对系统的开发中采用模块化的思想对不同的模块进行开发，最终再对各个模块进行整体协调开发。第二，低功耗和低成本原则。在对电力物联网的通用芯片集成开发中，对硬件和软件对开发都要严格遵循低功耗和低成本的原则，这样既可以保证系统的实用性，同时也可以降低开发成本。如在核心芯片的选择中，比较当前的ARM、MSP430等芯片，则选择MSP430系列，这主要是因为MSP430为低功耗的芯片。
1.2整体架构方案
本集成设计方案的目的是借助当前的电力物联网技术，完成对输配电设备温湿度数据的采集，从而提升电网公司的自动化监控水平。在具体的数据采集思路则为:首先通过温湿度传感器输配电设备中的温湿度进行采集，然后通过无线网络将数据传输给MSP430主控芯片，在通过数据的处理后，MSP430将数据传输给后台管理软件，并完成对采集数据的分析。从节点的角度来分析，则是分布在输配电设备中的传感器节点完成对输配电设备中温湿度的采集，然后将数据传输给汇聚节点，最后通过汇聚节点将数据传给后台。示意图中，分别从硬件构成和节点的角度对方案进行了设计。其中传感器节点由温湿度传感器和CC2530模块构成，然后将数据传递给汇聚节点，即MSP430主控芯片，最后通过以太网将数据传输给后台软件。
2系统设计
2.1硬件选型
(1)MSP430选型
MSP430系列的单片是由著名的TI公司生产制造的，是一种超低功耗的处理器。本文结合MSP430系列，选择其中的MSP430F149型号。该款芯片的典型特点有以下几个:第一，超低功耗。该芯片在待机的情况下，电流可小于1μA，在工作模式下，其耗电为250μA。同时该款芯片提供了5种不同的低功耗模式和1种活动模式。第二，数据处理功能强大。该芯片在一个时钟周期内，就可以执行1条指令。第三，具有丰富的模块。在芯片的内部集成了包括定时看门狗、DMA控制器、串行通信等在内的多个模块，从而可外接执行不同的功能。
(2)无线射频模块—CC2530
该模块被认为是IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用中一个SoC解决方案。通过CC2530，可以采用非常低的成本建立一个无线网络。CC2530的典型特点就是拥有领先的RF收发器，可编程的大小为8KB的RAM，同时拥有不同的运行模式，满足不同情况下的低功耗要求。同时，CC2530还拥有领先的Z－StackTM协议栈，可提供更为强大的无线网络解决方案。
(3)SHT10温湿度传感器
SHT10是由瑞士公司生产的一款传感器，具有体积小，低功耗和稳定性强的特点。该传感器可以测量的温度在－40℃～123.8℃，湿度的测试范围可在0～100%。同时SHT10还拥有一个特点，那就是在其内部拥有一个加热器，可以使温度上升5℃，这样方便与周围的温度比较，另一方面防止输配电设备室内温度过低造成传感器冷凝。
2.2MSP430F190与CC2530的电路设计
根据上述的硬件选型，本文将主控芯片与无线射频电路设计为如图3所示。
3系统软件设计
3.1主功能模块设计
结合输配电设备在数据采集方面的要求，本文将该集成系统的功能设计为如图4所示。图4系统功能设计其中，在节点管理中可实时增减无线网络中的节点数量，从而利于对这个无线网络的管理。在运行参数方面，通过对温湿度最高或最低的设置，一旦超过某个设定的值，会立即做出报警，为维修部门提供基础数据。另外通过状态实时显示部分，可实时查看不同输配电设备内部的温湿度情况，完成对输配电设备的自动化监控。
3.2温湿度采集处理整体流程
结合上述的功能，本文将该集成系统的处理流程设计为如图5所示。
3.3协议栈整体流程设计
在本集成方案中，采用的是SoC解决方案，在该方案中，主要通过协议栈的方式完成对数据的通信。对上述提高的CC2530中的Z－Stack协议栈，其可以完成对复杂网络的链接。而对于输配电设备温湿度采集来讲，是一个非常庞大的网络。要实现这个庞大网络的通信，是一个非常复杂的事情。因此借助Z－Stack协议栈的特点，通过操作系统思想和事件轮循机制，当协议栈各层初始化后，系统会直接进入到低功耗阶段，而当有事件发生时，可以直接唤醒相应的功能，之后再次进入低功耗。
4系统界面实现展示
为完成上述程序的开发，本文则采用C#语言对界面进行开发。改编成语言是由美国微软公司开发的一种编程原因，具有易学和开发方便的特点。通过上述语言的开发，可以得到如图6所示的温湿度实时监控实时画面。
5结束语
综上，通过上述的开发看出，通过硬件和软件两方面的开发，从而实现了通过物联网技术完成对输配电设备电力设备温湿度的采集和处理。透过本文的开发方面可以看出，物联网技术极大的增加了电力管理部门的自动化监控水平，同时看出物联网的数据采集是多个芯片共同完成，并不是单独的芯片接口完成，涵盖了无线通信、芯片制造、软件开发等多个领域，为当前电力的数据采集提供了借鉴。
作者:黄佳珍 李昊 余洁 单位:广东电网有限责任公司佛山禅城供电局
