CN105242071A

CN105242071A - 一种风速风向校准系统

Info

Publication number: CN105242071A
Application number: CN201410673666.3A
Authority: CN
Inventors: 尤优; 肖恭; 孙炳智
Original assignee: Longyuan Beijing Wind Power Engineering Design and Consultation Co Ltd
Current assignee: Longyuan Beijing Wind Power Engineering Design and Consultation Co Ltd
Priority date: 2014-11-23
Filing date: 2014-11-23
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种风速风向校准系统，它包括一个用于风速风向数据采集的数据采集器及设置在数据采集器上的风速计、风向计、测试风速仪和测试风向仪；风速计和风向计分别与数据采集器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数据采集器；数据采集器与微处理器相连接；微处理器分别与键盘、电源模块、显示模块、通讯模块和存储模块相连接；电源模块为220V交流电源或12V直流电源接口。本发明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

本发明涉及一种校准系统，尤其涉及一种风速风向校准系统，属于气象环境监测领域和风力发电领域。

背景技术

风能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。

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

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种风速风向校准系统。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种风速风向校准系统，它包括一个用于风速风向数据采集的数据采集器及设置在数据采集器上的风速计、风向计、测试风速仪和测试风向仪；

风速计和风向计分别与数据采集器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数据采集器；数据采集器与微处理器相连接；微处理器分别与键盘、电源模块、显示模块、通讯模块和存储模块相连接；电源模块为220V交流电源或12V直流电源接口；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卡存储器组成；SD卡中的风速风向数据以CSV格式存储；显示模块为LCD或LED显示屏。

通讯模块上设置有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，其优选通讯接口为USB接口。

微处理器为ARM处理器；数据采集器为将风速计、风向计、测试风速仪、测试风向仪上的模拟电信号转化为数字信号的MSP430单片机。

微处理器将数据采集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内，文件中包括风速数据、风向数据、测试的风速数据和测试的风向数据。

本发明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

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的系统组成结构框图。

图2是本发明的工作原理功能示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括一个用于风速风向数据采集的数据采集器及设置在数据采集器上的风速计、风向计、测试风速仪和测试风向仪。

风速计和风向计分别与数据采集器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数据采集器。

数据采集器与微处理器相连接；微处理器分别与键盘、电源模块、显示模块、通讯模块和存储模块相连接。

电源模块为220V交流电源或12V直流电源接口。

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卡存储器组成。SD卡中的风速风向数据以CSV格式存储。

显示模块为LCD或LED显示屏。

微处理器将数据采集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内，文件中包括风速数据、风向数据、测试的风速数据和测试的风向数据，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。

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处理器上连接有键盘，键盘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处理器上连接有通讯接口，通讯模块可以是USB接口或RS232接口，本实施例中采用USB接口，采用MODBUSRTV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处理器上同时还连接有存储模块，本实施例中的存储模块为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计和风向计上的电流频率，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

记录时间

标准风速数据

标准风速底层数据

标准风向数据

标准风向底层数据

测试风速数据

测试风速底层数据

测试风向数据

测试风向底层数据

2012/11/2 12:23:11

15.625m/s

2.75V

65.3°

8.12mA

15.625m/s

2.75V

65.3°

8.12mA

2012/11/2 12:23:12

15.605m/s

2.65V

65.6°

8.16mA

15.605m/s

2.65V

65.6°

8.16mA

2012/11/2 12:23:13

16.125m/s

2.95V

65.7°

8.20mA

16.125m/s

2.95V

65.7°

8.20mA

2012/11/2 12:23:14

17.625m/s

3.05V

65.8°

8.23mA

17.625m/s

3.05V

65.8°

8.23mA

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。

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。

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

1.一种风速风向校准系统，其特征在于：它包括一个用于风速风向数据采集的数据采集器及设置在数据采集器上的风速计、风向计、测试风速仪和测试风向仪；

所述风速计和风向计分别与数据采集器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数据采集器；所述数据采集器与微处理器相连接；微处理器分别与键盘、电源模块、显示模块、通讯模块和存储模块相连接；所述电源模块为220V交流电源或12V直流电源接口；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卡存储器组成；所述SD卡中的风速风向数据以CSV格式存储；所述显示模块为LCD或LED显示屏。

2.根据权利要求1所述的风速风向校准系统，其特征在于：所述通讯模块上设置有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，其优选通讯接口为USB接口。

3.根据权利要求1所述的风速风向校准系统，其特征在于：所述微处理器为ARM处理器；数据采集器为将风速计、风向计、测试风速仪、测试风向仪上的模拟电信号转化为数字信号的MSP430单片机。

4.根据权利要求1所述的风速风向校准系统，其特征在于：所述微处理器将数据采集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内，文件中包括风速数据、风向数据、测试的风速数据和测试的风向数据。