基于ZigBee的工频微小电流快速检测系统研究

摘 要：基于ZigBee的工频微小电流快速检测系统的关键是微控制器，该检测系统的信号采取借助电流互感器完成，由于采集到的信号为电流形式，所以还需要进行诸如变换、滤波及放大等的处理，最后再送至微控制器进行电流峰值的快速检测；检测工频电流的速度为10毫秒、微小电流测量精度为0.2%；基于ZigBee的工频微小电流快速检测系统也是供配电系统实现快速继电保护、智能触电保护以及无功补偿功能的关键性技术。

关键词：ZigBee；工频微小电流；无线传感器；快速检测

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.107

0 引言

当前我国的工业电流检测监控系统主要是以有线传输为主，因而会导致建筑内布线较多。与此同时，由于部分工程对于建筑的实际有线传输有一定限制，导致目前国内所习惯使用的传统有线传输面临较大的挑战。

Zigbee以IEEE802.15.4标准作为系统构建基础进行低功耗个域网协议的构建，该协议具有功耗低、自组织、成本低及可进行各种设备嵌入等特点，目前在国内的自动控制领域及远程控制领域颇受欢迎。基于ZigBee无线技术的工频微小电流快速检测传感器研制，攻克了布线受限难题，且能随时随地进行移动通信网络的构建，极大地提高了监控效益。

1 微小电流快速检测系统

众多的智能传感器节点共同构成微小电流快速检测系统，该检测系统有网络汇聚节点、工频微小电流快速检测传感器节点以及上位机。工频微小电流快速检测传感器节点的电流通过互感器进行电流信号的采集，然后将采集到的信息以无线方式传输到微控制单元，从而完成对信息的快速检测以及系统的良好控制。

2 基于ZigBee的微小电流快速检测传感器

以ZigBee为基础的微小电流快速检测传感器的中心为微控制器，电流互感器主要负责进行电流信号的收集，收集到信息需要进行信号的变换、有源滤波以及放大的处理，然后再借助微控制器进行快速A/D的转换。系统可以一个节点的形式独立的完成检测与控制等任务，也以与上位机或其他微小电流快速检测智能传感器节点完成传感控制网络的构建。

3 電流检测与波形变换电路

电流互感器、I/V变换器、模数转换器再加上三阶有源低通滤波器共同构成电流检测单元。而模数转换器一般选择型号为STC12C516AD的微控制器模块。

运算放大器A1的输出电压U与被测量的工频电流I的关系是：

I=KUo/（R1（1+R4/R3））

其中K是电流互感器L的初级电流与次级电流的比值，Uo是运算放大器A1的输出电压值。测量电压Uo的值，就可以获得被测量的工频电流值I。

4 检测算法研究

由于电网工频交流中有各种频率的干扰信号，直接进行电流检测的误差较大而且不稳定，通过滤波后能稳定的进行相位与幅度检测。经过电流互感器将电路的电流信号取出，滤波后经过放大电路，获取电流峰值，经过嵌入式微控制器的高速计算，在半个工频周期内就能快速测量电流值。

电路电流影响的分析以及计算需要在工频交流的电小电流负载情况下进行，按计算出的结果构建滤波模型，同时确定传输函数，在此基础上再进行电路结构及电路路线的设计并完成对设计参数的计算。根据各项数据完成设计控制程序的设计。

5 测试与结论

进行电路以及控制程序的设计与制作并完成相关数据的测量，测量所得的数据即为实验测试的数据来源。实验测试需要对工频交流进行10mA至1000mA变化范围的电流实验，内容涉及有精度检测、电流速度检测、可靠性以及稳定性等。测试数据见表1。

测试数据表明，电流为10mA时，测量误差为2.50%，电流为500到1000mA时，误差只有0.2%以内，测量精度高。10ms内就能够测量出电流的值，速度快。在实验室条件下，传输误码率为0。

进行速度检测时针对以毫秒为单位或者工频交流电流值单位为毫安级的微小电流进行快速检测，其是供配电系统实现良好的无功补偿、快速继电保护以及智能触电保护等功能的关键技术，除此之外，还为具备控制功能及无线通信功能的工频小电流快速检测智能传感器积极进行了应用领域的扩展，目前在电流检测以及控制技术领域应用广泛。

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2014年度湖南省高校科研项目“基于ZigBee的工频微小电流快速检测智能传感器研究”（14C0066）

作者简介：郭淳芳（1976-），女，湖南永兴人，硕士，讲师，主要从事自动控制研究。