随着物联网技术在电网中的深入应用,智能化成为电网发展的趋势。国家电网有限公司提出“三型两网,世界一流”的建设目标。然而由于变电站内的诸多辅助设备,其类别、制式、型号的不同,需要使用无线传感器网络对它们进行统一的智能化控制和监测,因此变电站无线传感器网络的建设成为电网智能化的关键技术之一。论文结合电子、无线通信和射频等技术,对ZigBee无线传感器网络展开研究,设计了一个用于连接变电站诸多辅助设备并对其状态能够进行智能监控的无线传感器网络。首先,选取ZigBee作为本论文的无线通信方式。ZigBee具有低功耗、低速率、网络容量大、安全性高等特点。参考TCP/IP协议,ZigBee协议分成物理层、介质访问控制层、网络层、应用程序支持子层、应用层等五层。ZigBee定义了协调器、路由器和终端三种设备类型。与其他无线通信技术相比,ZigBee虽然通信速率较低,但其功耗最小,能够容纳最多的网络节点,成本较低,适合传递数据量较少的实时监测系统。对Z-Stack协议栈的工作原理进行了介绍,阐释了协调器的建立网络和终端加入网络的过程。变电站的电磁环境对ZigBee无线传感器网络存在各种干扰,影响传输的稳定性和可靠性,这是设计中需要考虑的问题。其次,对ZigBee无线传感器网络所需的硬件电路进行设计。系统芯片选取德州仪器公司研发的CC2520单片机。在Altium Designer中设计原理图时,原理图封装和PCB封装必须保持一致。进行PCB Layout设计时,对电源模块、USB转串口模块、巴伦模块、晶振模块等重点电路进行模块化的布局。注意模拟电路和数字电路的隔离,以免对信号产生干扰。设计完成后导出3D模式进行检查,无误后进行PCB的打样然后用0805型号的贴片器件进行焊接。接着将倒F天线移植到ZigBee无线传感器网络所需的硬件电路上。倒F天线具有尺寸小、结构简单、易于制作等特点。根据公式计算出天线的初始长度,然后在HFSS中建立模型。改变天线的谐振长度和PCB板材的厚度这两个影响因子得到了不同情况下的谐振频率、回波阻抗、电压驻波比(VSWR)、三维增益图等参数,得到了最佳性能下的天线尺寸然后制作出实际天线。经过实际测量得到电压驻波比、E平面和H平面的方向图。在ADS中对传输线做了简单的建模,得到了无损耗状态下的S参数,让传输线和天线达到阻抗匹配的状态。最后,对设计完成的ZigBee无线传感器网络进行了测试,两节点间能够正常组网,对两节点之间的通信距离进行了测试,并且得到了不同距离下的数据接收成功率。将温湿度传感器、异常气体检测传感器、红外检测传感器连接在ZigBee无线传感器网络上进行了测试,终端检测到的状态能够在串口调试助手上正常显示。