CN103808963B - 一种风速风向校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风速风向校准系统，包括一个风速风向数据采集卡、设置在风速风向数据采集卡上的一个标准风速计和一个标准风向计、一个待测试风速计和一个待测试风向计，使用低功耗的微处理器和信号处理器，便于携带，既能够进行PC通讯，又能够直接储存现场监测数据，便于工作人员现场对比直接更换故障风速风向计，同时也便于后期研究储存当天的风速风向数据。

Description

一种风速风向校准系统

技术领域

本发明涉及气象环境监测领域和风力发电领域，具体涉及一种风速风向校准系统。

背景技术

风是一种潜力很大的新能源，十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力(即750万千瓦；一马力等于0．75千瓦)的功率有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

一般说来，三级风就有利用的价值。但从经济合理的角度出发，风速大于每秒4米才适宜于发电。据测定，一台55千瓦的风力发电机组，当风速为每秒9.5米时， 机组的输出功率为55千瓦；当风速每秒8米时，功率为38千瓦；风速每秒6米时，只有16千瓦；而风速每秒5米时，仅为9.5千瓦。可见风力愈大，经济效益也愈大。

在我国，现在已有不少成功的中、小型风力发电装置在运转。

我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。

因此，在风力发电的现场，一般都设置一种能够测量风速和风向计，测量风力发电厂当天的风速和风向，粗略计算发电厂的输出电能等系数。在气象环境监测过程中，多个地点也会设置风速风向的测量仪器，

风速计风向计对于风力发电机组来说起到至关重要的作用。最直观的表现为两点：1）如果风向计出现故障或者测量偏差时，直接影响到风力发电机组的运转与出力情况（使风力发电机组机头对风不准）。2）风速计出现故障或者测量偏差时，容易报风力发电机组功率与风速不符故障；同时如果出现测风不准，对于风力发电机组的启动、切除都会有影响。

目前我公司使用的风力发电机组中使用较大量的机械式风速、风向计。而机械式风速、风向计在使用的过程中存在磨损现象，依据使用标准，在使用的过程中应该对设备进行定期的标定。但是由于现场等条件的限制，并没有进行该项工作，只有在风速、风向计出现故障损坏时进行直接的更换工作。

鉴于风速、风向计的重要性以及我公司在现场风力发电机组维护工作的特点，进行风速、风向计校准记录仪的设计开发。通过现场风速、风向计校准记录仪的使用，在风电场日常维护工作中，加入风速、风向计的检测工作。进一步提高风力发电机组运行效率与风电场发电能力。

在长时间的使用过程中，这种风速风向计难免会出现故障，出现测量不准确的现象，但是从测量仪本身的数据很难确定这种测量仪器是否出现测量不准确的现象，这样就需要一种风速风向测量仪的校准系统，对现场风速风向计上的数据进行校准，及时更换有故障的风速风向计。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够监测校准监测现场风速风向计的风速风向校准系 统。

本发明的另一目的是提供一种能够进行PC通讯，并能够储存风速风向校准数据的风速风向校准系统。

本发明的再一目的是提供一种低能耗的便携式风速风向校准系统。

为达到以上发明目的，本发明采用的技术方案是:一种风速风向校准系统，包括一个风速风向数据采集卡、设置在风速风向数据采集卡上的一个标准风速计和一个标准风向计、一个待测试风速计和一个待测试风向计。

所述标准风速计和标准风向计分别与风速风向数据采集卡上设置的传感器接口相连接，通过传感器接口将风速风向数据传输至采集卡中。

所述风速风向数据采集卡上连接有键盘、显示模块、电源模块，存储模块和通讯模块。

所述电源模块为220V交流电源接口或12V直流电源。 

所述存储模块为用来存储风速风向数据的一个有一定容量的SD卡和一个SD卡存储器。

所述显示模块为LCD显示屏或LED显示屏。

所述通讯模块为方便现场查看并记录风速风向信息的通讯接口，所述通讯接口是USB接口或RS232接口，优选所述通讯接口为USB接口。

所述SD卡中的风速风向数据以.CSV格式存储。 

所述风速风向数据采集卡由相互连接的微处理器和信号处理器构成，所述微处理器为ARM处理器，所述信号处理器为将标准风速计、标准风向计、测试风速计、测试风向计上的模拟电信号转化为数字信号的MSP430单片机。

所述的微处理器将信号处理器传输过来的数字信号以年月日为文件名存储至存储模块，文件中包括标准风速数据、标准风向数据、测试风速数据和测试风向数据，通过对比上述数据判断测试风速计和测试风向计是否存在故障。

本发明的一种风速风向校准系统有以下有益效果：

1、采用ARM处理器，能够处理32为机器语言并能够兼容16位机器语言。 

2、采用MSP430单片机进行模拟信号转换数字信号，处理效率高。

3、采用标准风速风向计和测试风速风向计进行直接对比，准确率高。

4、采用的ARM处理器和MSP430单片机均低功耗，节省能源。

5、通过通信接口能够实时传输和查看风速风向信息。

6、设有采用SD卡作为存储介质，每次执行的标定测试记录将会以文件夹（20121104）/独立文件名文本（201211040123.txt）方式存储在SD卡上，保证数据的唯一性，便于查询和后续处理以及后续报告的生成。

本发明的一种风速风向校准系统，使用低功耗的微处理器和信号处理器，便于携带，既能够进行PC通讯，又能够直接储存现场监测数据，便于工作人员现场对比直接更换故障风速风向计，同时也便于后期研究储存当天的风速风向数据。

附图说明

图1是本发明的一种风速风向校准系统的结构示意图；

1、微处理器  2、信号处理器  3、标准风速计  4、标准风向计  5、键盘

6、显示模块  7、通讯模块  8、存储模块  9、电源模块  10、测试风向计

11、测试风速计 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种风速风向校准系统进行详细描述：一种风速风向校准系统，包括一个风速风向数据采集卡、设置在风速风向数据采集卡上的一个标准风速计3和一个标准风向计4、一个待测试风速计11和一个待测试风向计10。风速风向数据采集卡是由微处理器1和信号处理器2连接成的电路板。设置有多个辅助接口。在风速风向数据采集卡上连接有键盘5、显示模块6、电源模块9，存储模块8和通讯模块7。电源模块9为220V交流电源接口或12V直流电源。存储模块8为用来存储风速风向数据的一个有一定容量的SD卡和一个SD卡存储器。显示模块6为LCD显示屏或LED显示屏。通讯模块为方便现场查看并记录风速风向信息的通讯接口，通讯接口是USB接口或RS232接口，优选所述通讯接口为USB接口，通过通信接口能够实时传输和查看风速风向信息。

风速风向数据采集卡由相互连接的微处理器1和信号处理器2构成，微处理器为ARM处理器，能够处理32为机器语言并能够兼容16位机器语言。信号处理器2为将标准风速计、标准风向计、测试风速计、测试风向计上的模拟电信号转化为数 字信号的MSP430单片机，进行模拟信号转换数字信号，处理效率高。ARM处理器和MSP430单片机均低功耗，节省能源。

标准风速计3和标准风向计4分别与风速风向数据采集卡上设置的传感器接口相连接，通过传感器接口将风速风向数据传输至采集卡中。

MSP430单片机的引脚P1.1与标准风速计3相连接，引脚P1.2与标准风向计4相连接，引脚P1.5与测试风速计11相互连接，P1.6与测试风向计10相互连接，对比后的风速数据由引脚P3.4输出至连接引脚P3.4的微处理器ARM中，对比后的风向数据由引脚P3.6输出至连接引脚P3.6的微处理器ARM中。

微处理器将信号处理器传输过来的数字信号以年月日为文件名存储至存储模块，文件中包括标准风速数据、标准风向数据、测试风速数据和测试风向数据，通过对比上述数据判断测试风速计和测试风向计是否存在故障。标准风速风向计和测试风速风向计进行直接对比，准确率高。微处理器通过电缆线连接至存储模块，存储模块由SD卡和SD卡存储器构成。

采用SD卡作为存储介质，每次执行的标定测试记录将会以文件夹（20121104）/独立文件名文本（201211040123.txt）方式存储在SD卡上，保证数据的唯一性，便于查询和后续处理以及后续报告的生成。

在ARM上连接有键盘5，键盘5上设置有用户要输入或要查看的信息，如电流电压，时间的等信息。ARM上连接有通讯接口，通讯模块7可以是USB接口或RS232接口，本实施例中采用USB接口，采用MODBUS RTV软通信的方式传输，方便现场用户直接连接至PC上，查看和记录并随时处理校准仪内记录的风速风向信息。

ARM上同时还连接有存储模块8，本实施例中的存储模块8为SD卡存储器，将风速风向校准仪内记录的信息存储至SD卡中，方便后续查看和记录。

操作人员可以在测试完成后，将SD卡直接取下，并在PC上直接读取操作数据。或者通过记录仪预留的USB通讯接口，在电脑上读取数据。此USB通讯接口同时也可以用作记录仪的参数配置接口（配合专用配置软件）。

微处理器1还连接有一块LCD显示屏，可以随时显示风速风向信息，及风速传感器3和风向传感器4上的电流频率，电压等电信号的变化和信号值。

使用过程中，信号处理器MSP430单片机采集测试风速计和测试风向计以及标准风速计和标准风向计上的频率、电流、电压信号，并将这些信号通过模数转换，转 换为ARM识别的数字信号，ARM将这些数字信号显示在显示屏上，同时通过连接至USB接口上的连接线传输至PC上，进行储存，或者直接将生成的文件以年月日为文件名存储至SD卡中，这种文件为后续处理软件直接识别处理的.CSV格式文件，如文件20130329.CSV，操作人员可以在测试完成后，将SD卡直接取下，并在PC上直接读取操作数据。或者通过记录仪预留的USB通讯接口，在电脑上读取数据。

后续处理软件根据文件中记录的电信号，处理数据，进行计算等，并根据需要合成工作报告。

如下表所示的是本发明的一种风速风向校准系统的SD卡中存储的风速风向数据表格：

记录报头：开始时间   记录间隔   传感器类型   记录站号   操作员

本发明的一种风速风向校准系统，使用低功耗的微处理器和信号处理器，便于携带，既能够进行PC通讯，又能够直接储存现场监测数据，便于工作人员现场对比直接更换故障风速风向计，同时也便于后期研究储存当天的风速风向数据。

上述实施例中的实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种风速风向校准系统，其特征在于：包括一个风速风向数据采集卡、设置在风速风向数据采集卡上的一个标准风速计(3)和一个标准风向计(4)、一个测试风速计(11)和一个测试风向计(10)，所述风速风向数据采集卡由相互连接的微处理器(1)和信号处理器(2)构成，所述微处理器为ARM处理器，所述信号处理器为将标准风速计(3)、标准风向计(4)、测试风速计(11)、测试风向计(10)上的模拟电信号转化为数字信号的MSP430单片机，所述标准风速计(3)和标准风向计(4)分别与风速风向数据采集卡上设置的传感器接口相连接，通过传感器接口将风速风向数据传输至采集卡中,MSP430单片机的引脚P1.1与标准风速计(3)相连接，引脚P1.2与标准风向计(4)相连接，引脚P1.5与测试风速计(11)相互连接，引脚P1.6与测试风向计(10)相连接，引脚P3.4连接微处理器ARM，引脚P3.6连接微处理器ARM，所述的微处理器(1)将信号处理器(2)传输过来的数字信号以年月日为文件名存储至存储模块(8)，文件中包括标准风速数据、标准风向数据、测试风速数据和测试风向数据，通过对比上述数据判断测试风速计和测试风向计是否存在故障，所述风速风向数据采集卡上连接有键盘(5)、显示模块(6)、电源模块(9)，存储模块(8)和通讯模块(7)，所述通讯模块(7)为方便现场查看并记录风速风向信息的通讯接口，所述通讯接口为USB接口，采用MODBUS RTV软通信的方式传输。

2.根据权利要求1所述的一种风速风向校准系统，其特征在于：所述电源模块(9)为220V交流电源接口或12V直流电源。

3.根据权利要求1所述的一种风速风向校准系统，其特征在于：所述存储模块(8)为用来存储风速风向数据的一个有一定容量的SD卡和一个SD卡存储器。

4.根据权利要求1所述的一种风速风向校准系统，其特征在于：所述显示模块(6)为LCD显示屏或LED显示屏。

5.根据权利要求3所述的一种风速风向校准系统，其特征在于：所述SD卡中的风速风向数据以.CSV格式存储。