CN112382195A - 一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其包括如下步骤：1)设置户外信息展示设备，其承载装置与风力旋转装置相互配合，实现风力发电及信息展示装置的转速控制；2)在风帆上设置电控发光显示带；3)分别设置电动/发电组件的工作单元；4)设置控制系统，使电控发光显示带在旋转状态下点亮后的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。本发明还提供了实现上述方法的设备及控制系统。本发明提供的方法，兼顾了发电效率、信息展示效果及设备自身安全；本发明提供的设备风力捕获面积大、信息展示面积大，实现微风启动、强风转速可控。本发明提供的控制系统，可实现动态信息展示效果与发电效果的实时调控。

Description

一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及 控制系统

本申请是分案申请，原申请申请号为201610534260.6，申请日为2016年7月6日，发明名称为“一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统”。

技术领域

本发明涉及清洁能源利用及户外动态信息展示技术领域，尤其涉及一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统。

背景技术

随着商业信息传播业务的飞速发展，广告牌等户外信息展示装置已经成为一种公共场合的基础设施。现有技术的户外信息展示装置，样式多种，应用较为广泛；常见的方式有：路旁固定安装的单面或者双面的高炮广告牌，这种广告牌有效利用广告面积较小，而且静止呆板；另有一种利用电机带动的滚轴翻动的三棱柱广告牌，这种广告牌增加了在同一广告空间的信息量并可以循环切换广告，但只能从一个方向观看，可视角度收到了限制，这种旋转广告牌需要依赖外部电力供电，而且风速较大时，风对广告牌的作用力非常大，容易损坏广告牌。

现有的户外LED阵列显示屏广告牌，采用控制器控制呈方形的、固定设置的LED阵列面板上的任意位置的LED明灭或色彩，来显示各种动态展示的图文信息。但是其需要采用大量的LED，综合能耗高，运营管理成本高，且只能提供150°左右的固定视角，不能提供360°的全方位视角。

风能是自然界最常见的清洁能源之一，风力发电也是常规技术。但是，将户外广告牌等设施与风能发电相互结合起来，让风力直接驱动户外大型广告牌的转动、并且为广告牌提供电能，则较为少见。因为风能发电必须使广告牌快速旋转，而当广告牌快速旋转时，广告(图文)信息就变得模糊，处于广告牌下某一固定位置的观察者，难以看到快速旋转的广告牌上所展示的内容。

因此，现有技术中，采用风能驱动广告牌进行发电时，就无法使广告牌上的信息清楚的展示。特别是，自然界的风力大小是往往是不稳定、不连续的，其驱动的广告牌的旋转速度也是变动的，其展示的信息画面也是不稳定的；而人们要想看清广告牌的内容，则必须使该广告牌呈现的信息画面保持稳定。这些都是现有技术无法克服的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统，首先解决采用风能驱动广告牌进行旋转、发电时，同时使广告牌上的信息清楚地展示；其次解决自然界风力变动导致广告牌的驱动力变动的情况下，使该广告牌呈现的画面保持稳定；第三，解决使户外广告牌形成并保持360度的全方位、连续、可视画面；第四，通过传感器感知及对相关参数的控制实现自适应。

同时，提供一种实现上述方法的多功能风力驱动信息展示设备，具有多功能，能实现在微风下启动、强风情况下转速可控的特性，依靠风力实现转动并可发电供信息展示装置本身及周边公共场所照明使用，具有节能环保的功能。本发明翼型风帆的结构特殊性能使其实现微风下旋转；风帆越大，不仅加强了捕获风能的效果同时还能带来更大的信息展示面积；风能被有效转化成动能，可降低对主支柱和底座的强度要求使其结构更加科学稳定。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其包括如下步骤：

1)设置一由户外自然风力驱动的户外信息展示设备，该设备自下而上依次设有承载装置、风力旋转装置、信息展示装置，其中的承载装置与风力旋转装置相互配合，实现风力发电及对信息展示装置的转速控制；

2)在所述的风力旋转装置上设置一环形底盘，在该环形底盘上设置捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆(一般为奇数个)；在每一风帆上设置信息展示装置，该信息展示装置包括设置在风帆的外侧立面上，用来发布图文信息的至少一条电控发光显示带；

3)在所述的承载装置及风力旋转装置上，分别设置多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置与承载装置之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

4)设置一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置与承载装置工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆在设定的转速范围内运行，或根据自然风驱动下风帆的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带的点亮时刻、时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

一种实施前述方法的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其设置于户外、由自然风力驱动，其特征在于：

其包括自下而上依次设有承载装置、风力旋转装置、信息展示装置，其中的承载装置与风力旋转装置相互配合，实现风力发电及信息展示装置的转速控制；

所述的风力旋转装置上设有一环形底盘，在该环形底盘上设有捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆；每一风帆上设有信息展示装置，该信息展示装置包括设置在风帆的外侧立面上，用来发布图文信息的至少一条电控发光显示带；

所述的承载装置及风力旋转装置上，分别设有多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置与承载装置之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

还包括一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置与承载装置工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆在设定的转速范围内运行，或根据自然风驱动下风帆的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带的点亮时刻、时长及显示内容，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

还包括有设于承载支架上顶端的转速传感器以及控制器，所述每组发电用线圈的电能输出端分别与蓄电池的电能输入端连接；所述控制器通过检测转速传感器发出的转速信息来控制接入蓄电池的发电用线圈的数量。

一种实现权利要求前述方法的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示控制系统，其特征在于：

其包括一PLC控制器、运算模块、一存储模块、一传感器模块及一输入输出模块，其特征在于，所述的PLC控制器中集成有控制软件，该控制软件内置有控制风力旋转装置转速与电控发光显示带工作条数及相关工作参数的条件函数，同时控制所述的风力旋转装置转速和信息展示装置的各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面，若取视觉暂留时间系数为p秒，将风力旋转装置转速控制在设定的范围内，则该控制条件函数式是：

2π＝pnω (3)

或者

2πR＝pnv (4)

式中：

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤5m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s；

R——风力旋转装置环形底盘的半径，且1m≤R≤50m；

v——风力旋转装置环形底盘上风帆的线速度，m/s。

所述的电控发光显示带点亮后某一幅画面持续的时间t₁，且该显示带在时间t₁内显示带转过的角度为θ，t₁与角速度的关系为

t₁＝θ/ω或θ＝t₁×ω (5)

信息显示装置要满足如下条件，才能实现显示带点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

2π＝θ×n或n＝2π/θ (6)

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤2m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s。

设同一电控发光显示带连续旋转过程中，电控发光显示带点亮后第一幅画面持续时间t₁后熄灭，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔为t₂，要满足如下条件，才能实现显示带依次点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

t₂＝n₁(t₁+p) (5)

n₁——每一风帆上进入工作状态的电控发光显示带条数，且1≤n1≤2m，m为风帆的个数；

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

t₁--电控发光显示带第一幅画面点亮后持续的时间，s；

t₂--同一电控发光显示带连续旋转过程中，第一幅画面点亮持续t₁熄灭后，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔，s。

所述的传感器模块包括至少一转速传感器，用来感知风力旋转装置的转速；所述PLC控制器通过该转速传感器发出的转速信息来控制接入发电工作模式的发电用线圈的数量，风力旋转装置转速与接入发电工作模式的发电用线圈的数量为正态分布函数。

本发明提供的方法，提供了两种自适应运行控制模式：

(1)恒速自适应工作模式：无论外部自然风力如何变化，控制系统均将风力旋转装置转速的转速维持在恒定的数值范围内(例如比基准转速允许误差±10％)，而由控制系统按照预设程序，以实时转速为常量，控制各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面；

(2)变速自适应工作模式：根据外部自然风力的实际变化，控制系统仅将风力旋转装置转速的转速维持设定的最大、最小的转速区间内，不对在此区间内的实时转速进行控制，(例如基准转速允许误差±10倍，但是需要控制在安全运行转速范围内)，而由控制系统按照预设程序、以实时转速为基准变量，控制各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面。

上述两种自适应运行控制模式，均可以将实时转速(用来保证发电效率)、各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮时间间隔及显示内容(用来保证广告信息显示效果)匹配起来，兼顾发电效率与广告信息显示效果，解决了常规技术所无法解决的问题。

本发明的核心技术要点，是在保持设备维持相对较快的速度旋转、处于发电的状态下，采用同步旋转的多个电控发光显示带点亮后形成的轨迹、利用视觉暂留原理成像，通过处于运动(旋转)状态的发光部件产生的运动轨迹形成的可视图像来发布信息，而不是由传统的静止(固定)状态的部件发光或反射光而形成的可视图像发布信息。其比传统广告牌节约能源、信息显示面积大、展示效果好。

本发明所提供的风力驱动信息展示方法、设备及控制系统，具有多功能、多种运行模式，可实现微风驱动信息展示装置旋转，将风力转化成为电力进行运用或储存，降低了风力对信息展示设备的作用力，从而降低了对主支柱和主支柱底座的强度要求，所储存的电力用来提供风力较小或无风时旋转及广告发布。除此以外，本发明还通过感应风帆系统旋转的速率自动调节接入参加切割磁感线回路中的线圈数目，利用线圈切割磁感线的阻力来控制风帆系统的转速。并具有以下有益效果：

1.由于翼型风帆形状的特殊性和翼型风帆相对较大的捕风面积使风帆系统能够实现微风启动旋转，即在风速很小的情况下信息展示设备及装置也能旋转，从而使信息展示设备及装置在绝大部分时间都能转动，维持其动态效果，更容易吸引人们的眼球。

2.转速传感器通过感应风帆系统旋转的速率自动调节接入参加切割磁感线回路中的线圈数目，利用线圈切割磁感线的阻力来控制风帆系统的转速，风帆系统转速越大，转速传感器控制接入参加切割磁感线回路中的线圈数目越多，使风帆系统的转速控制在一定的范围内，既保护了旋转、发电系统的安全性，又不致使广告面的转速的变化而影响信息展示装置的广告效应。

3.本发明通过旋转把自然界风能部分或全部转换成为机械动能，一方面降低了风力对信息展示装置的作用力，降低了对主支柱和主支柱底座的强度要求，从而优化了信息展示装置的结构，降低了其故障率，延长了其寿命；另一方面，减少或不需要外部提供能源维持其旋转。

4.通过风帆系统的转动，使得翼型风帆上发光带轨迹形成的广告能够在空间实现360度旋转成像，辐射范围广，大大提高了空间利用率。

5.由于翼型风帆上发光带旋转后轨迹可形成整个圆周的成像、用来发布广告信息，大大增加了信息利用面积。本发明信息展示设备外形美观，符合当代城市的风格，在节约能源、信息发布、美化城市等方面具有很好的效果。

附图说明

图1是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的立体图。

图2是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的立体图中局部剖面结构示意图。

图3是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的线圈控制原理图。

图4是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的风帆的立体图。

图5是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的风帆的形状图。

图6是本发明多功能风力驱动户外全方位信息展示设备的较佳实施例的转速传感器控制线圈工作数目的结构示意图。

图中：

1-主支柱；11-第一轴肩；12-第二轴肩；13-转速传感器；

2-环形底盘；3-环形固定架；4-永磁铁；5-线圈；

6-风帆；61-电控发光显示带；62-卡块；

7-第一辐条；8-蓄电池；9-定时器；14-第二辐条，15-承载支架，100-承载装置；200-风力旋转装置；300-发电储能组件；400-信息展示装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

请参见附图1～6，本发明提供的一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其包括如下步骤：

1)设置一由户外自然风力驱动的户外信息展示设备，该设备自下而上依次设有承载装置100、风力旋转装置200、信息展示装置400，其中的承载装置100与风力旋转装置200相互配合，实现风力发电及对信息展示装置400的转速控制；

2)在所述的风力旋转装置上设置一环形底盘2，在该环形底盘2上设置捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆6，(风帆6一般设置为奇数个，本实施例中为5个；其他实施例中也可以是3个、7个或9个等，以保证在风力的驱动下，产生稳定的升力)，在每一风帆6上设置信息展示装置400，该信息展示装置400包括设置在风帆6的外侧立面上，用来发布图文信息的一条或多条电控发光显示带61；本实施例中，该电控发光显示带61为大功率LED发光灯条或灯带；

3)在所述的承载装置100及风力旋转装置200上，分别设置多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置200发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置200的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置200维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置200与承载装置100之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

4)设置一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带61连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置200与承载装置100工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆6在设定的转速范围(最大额定转速)内运行，或根据自然风驱动下风帆6的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带61的点亮时刻、持续时长、时间间隔及显示内容，使所述各电控发光显示带61在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

其中，各电控发光显示带61，根据需要，可以轴对称、中心对称或非对称关系，设置在风帆6的固定位置上，与所述的控制系统配合工作；各电控发光显示带61，内部可以设有单列或平行的多列LED灯珠。

所述步骤3)、4)中所述的工作单元，包括发电单元与电动单元；其中所述的发电单元是由相对应设置在所述承载装置100与风力旋转装置200上的多数个定子与转子的发电线圈绕组5或磁铁4组成；所述的电动单元，是设置在所述承载装置100或风力旋转装置200上的多数个电动发动机及传动齿轮组。

本实施例中未示出电动发电机的具体位置，制造时可以根据实际情况，在所述承载装置100或风力旋转装置200上，以中心对称、轴对称等方式，设置2个、3个或更多个电动发动机及传动齿轮组，进行发电，或驱动风力旋转装置200旋转、使其维持设定的转速，保证信息发布效果。

所述的步骤4)中的控制系统，可以根据其感知到的风力大小进行工作模式切换：

41)当风力适中、风力旋转装置200未超出设定的最大或最小转速时，该系统将设备的工作模式切换到发电/正向工作模式，切断电动单元，接通电动/发电组件中的部分发电单元进行发电，存储电能，并向信息展示装置400供电；根据正态函数控制条件，风力越大接通的发电单元数量越多，风力越小则接入的发电单元越少；以接入的发电单元工作时产生的阻力，来控制转速并维护展示设备处于正常转速，并使所述各电控发光显示带61在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息；

42)当风力过大、风力旋转装置200超出设定的最大转速时，该系统将设备的工作模式切换到发电/保护工作模式，切断电动单元，接通电动/发电组件中的各发电单元全速发电，存储电能，并关闭信息展示装置，以控制转速并维护展示设备自身安全；

43)当风力过小、风力旋转装置200低于设定的最小转速时，该系统将将设备的工作模式切换到电动/逆向工作模式，切断发电单元停止发电，接通电动单元，将所存储的电能转换为机械能，使展示设备维持在设定的最低转速，使所述各电控发光显示带61在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

所述的控制系统，同时控制所述的风力旋转装置200转速和信息展示装置400的各电控发光显示带61的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、间隔时间及显示内容，使所述的各电控发光显示带61点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面，取视觉暂留时间系数为p秒，将风力旋转装置200转速控制在设定的范围内，则各参数需要满足的条件函数式是：

2π＝pnω (1)

或者

2πR＝pnv (2)

式中：

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤5m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s；

R——风力旋转装置环形底盘的半径，且1m≤R≤50m；

v——风力旋转装置环形底盘上风帆的线速度，m/s。

本实施例中，风力旋转装置200的环形底盘的半径R为10米，若设有9个风帆，进入工作状态的电控发光显示带总条数为n，视觉暂留时间系数p为0.1秒，则各参数需要满足的条件函数式是：

2π＝0.1×n×ω (11)

或

ω＝2π/(0.1×n)＝20π/n (12)

具体而言，采用恒速控制模式时，若取最大转速ω＝2πrad/s，则n＝10；若取ω＝5π/3rad/s，则取n＝12；若取ω＝4π/3rad/s，则取n＝15；而取最小转速ω＝π/(0.1×9)＝10π/9rad/s时，n＝18。

若采用最大转速、n＝10时的线速度是：

2πR＝pnv

v＝2πR/p＝2π×10/(0.1×10)＝2πm/s

若采用最小转速、n＝18时的线速度是：

v＝2πR/p＝2π×10/(0.1×18)＝100π/9m/s

而ω＝0.5π～2πrad/s也是设备发电效率较高的转速范围，也是设备运行最佳的转速范围。

若设有5个风帆，进入工作状态的电控发光显示带总条数为n，视觉暂留时间系数p为0.2秒，则各参数需要满足的条件函数式是：

2π＝0.2×n×ω

或

ω＝2π/(0.2×n)＝10π/n

具体而言，采用恒速控制模式时，若取最大转速ω＝2πrad/s，则n＝5；若取ω＝5π/3rad/s，则取n＝16；若取ω＝4π/3rad/s，则取n＝8；而取最小转速ω＝π/(0.2×5)＝π/1rad/s时，n＝10。

风力旋转装置200的最大转速选择，还需要考虑风帆的结构及材料强度、能够承受的最大离心力等因素。

若最大转速取ω＝2π(rad/s)，此时风帆的离心力为：

RM＝395M(N)

当转速大于该最大转速时，需要进行结构加强设计或材料加强，否则设备运行将不稳定，影响设备整体的安全性和寿命。

所述的电控发光显示带61，包括自内向外设置的、设于所述风帆6外侧立面内部的背光板、LED发光灯带及设置在外侧立面上的导光柱；所述的LED发光灯带上设有单列或多列平行的大功率LED灯珠，各LED灯珠受控发光、形成各种图文信息；所述的导光柱为几何中心线倾角向下5～45°的圆柱体或圆锥体，以加强导光后的画面显示效果，特别是有利于处于设备下方的观察者更好的观察到清晰、连续的图文信息。

一种实施上述方法的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其设置于户外、由自然风力驱动：

其包括自下而上依次设有承载装置100、风力旋转装置200、信息展示装置400，其中的承载装置100与风力旋转装置200相互配合，实现风力发电及对信息展示装置400的转速控制；

所述的风力旋转装置200上设有一环形底盘2，在该环形底盘2上设有捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆6；每一风帆6上设有信息展示装置400，该信息展示装置400包括设置在风帆6的外侧立面上，用来发布图文信息的一条或多条电控发光显示带61；

所述的承载装置100及风力旋转装置200上，分别设有多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置200发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置200的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置200维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置200与承载装置100之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

还包括一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置200与承载装置100工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆6在设定的转速范围内运行，或根据自然风驱动下风帆6的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带61的点亮时刻、时长、时间间隔及显示内容，使所述各电控发光显示带61在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

所述的工作单元，包括发电单元与电动单元；其中所述的发电单元是由相对应设置在所述承载装置100与风力旋转装置200上的多数个定子与转子的发电线圈绕组组成；所述的电动单元，是设置在所述承载装置或风力旋转装置上的多数个电动发动机及齿轮组。

本实施例具体是一个直径为20米的户外风帆广告牌，转速稳定在15～20转/分的情况下，其设计发电功率为500kW/h，可以解决广告牌本身广告信息发布、自身运转、照明及周边公共场所的照明，以及5公里内的路灯照明，构成一个分布式能源供应点。

本实施例采用400组发电工作单元，在保持角速度ω＝0.5～2/3πrad/s的情况下，可以直接获得约220V的交流电，经过稳压、整流后即可输出额定电压，适用于中国等电力输出标准，作为广告牌的驱动电源，并向周边用电设备输出电能，或将电能储存在蓄电池组中。

或者采用400组发电工作单元，在保持角速度ω＝1/6～2/6πrad/s的情况下，经过稳压、整流后即可输出额定电压为110V的交流电，适用于美国等国际电力输出标准。

当然，也可以通过调节接入发电工作单元的电极数量，或调节转速，来获得不同的输出电压或电流，以适应各地方的具体电力需求。

如图1和图2所示，本发明实施例所述的多功能风力驱动信息展示装置，包括：

可进行吊挂固定或支撑固定用于承载风力信息展示装置100主体部分的承载支架100；

设置在所述承载支架100上方的通过风力驱动旋转并利用风力发电进行储能的风力旋转装置200；

设置在所述风力旋转装置200下方并固定在所述承载支架100上的、用于与所述风力旋转装置200相互配合进行发电并储能的发电储能组件300；

以及用于设置信息展示内容并设置在所述风力旋转装置200上通过所述风力旋转装置200转动带动旋转的信息展示装置400。

本发明中，在具体实施时，所述承载支架100可以设置为支撑式的支撑架，也可以为吊装的吊挂支架等等。以下以支撑架为例对本发明做进一步说明：

本发明实施例中，较佳地，采用所述承载支架100为用于进行支撑固定的一支撑架，如图1所示，所述支撑架包括：一底座101，设置在所述底座101上用于支撑所述风力旋转装置的主支柱1。本实施例的支撑架可以安装在地面上，所述底座的大小可以根据多功能风力驱动信息展示装置大小及重量设置，以保证可以稳固支撑风力信息展示装置400主体部分。

进一步地，如图2所示，所述风力旋转装置200包括：

可转动的套设在承载支架的主支柱1上的第一轴肩11；

与所述第一轴肩11通过第一辐条7连接的用于安装风帆6的环形底盘2；

所述环形底盘2的顶面延盘面设有多组用于使环形底盘2转动的风帆6；风帆6通过风力带动环形底盘2转动。

较佳地，所述第一轴肩11可以通过一轴承可转动的套设在承载支架的主支柱1上。更进一步，为了使所述第一轴肩可转动而连接又更可靠地安装在所述主支柱1上，可以设置所述第一轴肩11是一圆柱形套，将第一轴肩11通过一圆锥滚动轴承可转动安装在所述主支柱上；通过所述圆锥滚动轴承的下端的一轴肩作圆锥滚动轴承的轴向定位，所述第一轴肩11连接更可靠，并可减少阻力。

另外，如图1所示，本实施例中采用环形底盘2通过一组从环形底盘2内圆柱面出发并平行于环形底盘2平面的辐条和一组从环形底盘2底面出发并与环形底盘2平面成适当角度的一组辐条与第一轴肩11连接，并设置通过复数根辐条7连接环形底盘2与第一轴肩11，可以使环形底盘2与第一轴肩11轴肩的连接具弹性且更稳定。

本实施例中，所述信息展示装置400为设置在所述风帆外侧的LED发光灯条或灯带，其他实施例中也可以是一信息喷绘纸或用于显示内容的液晶显示屏。例如可以将信息展示内容如广告内容安装在所述风帆6表面上，环形底盘2转动实现广告牌的转动；实现了利用风力来使得广告牌旋转实现大可视度的功能。当然信息发布、展示载体或内容，也可以安装在所述风力旋转装置200其他方便展示的地方。例如在两个风帆之间的间隔处，设置LED发光柱。

一种实现所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法的控制系统，其包括一PLC控制器、一传感器模块及一输入输出模块，其特征在于，所述的PLC控制器中集成有控制软件，该控制软件内置有控制风力旋转装置转速与电控发光显示带工作条数及相关工作参数的条件函数，同时控制所述的风力旋转装置转速和信息展示装置的各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长及显示内容，控制各电控发光显示带61部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面，取视觉暂留时间系数为p秒，将风力旋转装置转速控制在设定的范围内，该控制条件函数式是：

2π＝pnω (3)

或者

2πR＝pnv (4)

式中：

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤5m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s；

R——风力旋转装置环形底盘的半径，且1m≤R≤50m；

v——风力旋转装置环形底盘上风帆的线速度，m/s。

设所述的电控发光显示带点亮后某一幅画面持续的时间t₁，且该显示带在时间t₁内显示带转过的角度为θ，t₁与角速度的关系为

t₁＝θ/ω或θ＝t₁×ω (5)

信息显示装置要满足如下条件，才能实现显示带点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

2π＝θ×n或n＝2π/θ (6)

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤2m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s。

设同一电控发光显示带连续旋转过程中，电控发光显示带点亮后第一幅画面持续时间t₁后熄灭，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔为t₂，要满足如下条件，才能实现显示带依次点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

t₂＝n₁(t₁+p) (7)

n₁——每一风帆上进入工作状态的电控发光显示带条数，且1≤n₁≤2m，m为风帆的个数；

p—-视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

t₁--电控发光显示带第一幅画面点亮后持续的时间，s；

t₂--同一电控发光显示带连续旋转过程中，第一幅画面点亮持续t₁熄灭后，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔，s。

在一个具体的实施例中，若电控发光显示带61的LED灯带连续两次点亮的时间间隔为t，且灯带点亮后持续的时间同为t，在时间t内灯带转过的角度为θ，为了形成良好的画面效果，θ的取值范围为0.02～0.20°，t与角速度的关系为：

t＝θ/ω (8)

信息展示装置上的风帆数为m，为了形成完整的画面，每个信息展示装置上面进入工作状态的条数最多为2条，此时风力旋转装置环形底盘的转动角速度最小，此时的角速度

ω_min＝2π/2pm＝π/pm (9)

当进入工作状态的条数为1时，风力旋转装置环形底盘的转动角速度最大，此时进入工作状态总的等条数为1，此时的角速度

ω_max1＝2π/p＝20πrad/s (10)

所以，为了能够形成完整的画面，风力旋转装置环形底盘的转动角速度按成像规律确定的转速范围为π/pm≤ω₁≤20πrad/s。

基于设备运转稳定性、安全性及发电效率要求时，风帆的最大转速由设备的结构及材料确定：

设最大转速为ω_max2，则单个风帆结构及材料的设计应满足的条件之一是，其设计承受的最小离心力应大于如下公式的离心力：

式中：

M——单个风帆的质量。

当风力旋转装置环形底盘的转动角速度ω>ω_max2时，设备工作状态将出现不稳定，影响其安全性以及寿命。

选择风力旋转装置环形底盘2的转动角速度的最大值，需要综合考虑完整成像、设备安全及发电效率三方面的因素，取ω_max1和ω_max2两者之间较小值作为风力旋转装置环形底盘2的转动角速度的最大转速，即ω_max＝MIN(ω_max1，ω_max2)＝ω_max2＝2πrad/s；

所以风力旋转装置环形底盘的转动角速度的范围

π/pm≤ω≤2πrad/s (12)

所述的传感器模块包括至少一转速传感器13，用来感知风力旋转装置200的转速；所述PLC控制器通过该转速传感器13发出的转速信息来控制接入发电工作模式的发电用线圈的数量，风力旋转装置200转速与接入发电工作模式的发电用线圈的数量为正态分布函数。

所述的控制系统还包括一远程控制服务器，所述的输入输出模块包括一有线或无线网络收发模块，该远程控制服务器通过互联网与有线或无线网络收发模块，与所述的PLC控制器连接并交互通信，实现远程控制。

本发明提供的信息展示设备，可用作广告展示，具有展示面积大，实现微风启动、强风转速可控，依靠风力更能实现转动并可发电供广告牌及周边公共场所照明使用，风能被有效转化成动能驱动实现动态广告效果并可降低对主支柱和底座的强度要求，具有节能环保功能。

进一步地，如图4所示，所述风帆6的宽度为一端向另一端逐渐降低，所述风帆6底部设有卡块61，所述环形底盘2上设有与卡块62配合的卡槽；所述风帆6通过所述卡块62设于卡槽内，方便拔插。

所述风帆的高度H与风力旋转装置环形底盘半径R的比例为：0.3R≤H≤1.2R。选择此比例，是综合考虑了发电效率及广告效果、运行寿命等诸多因素。

较佳地，本实施例可以采用所述风帆6为翼形风帆，例如设置所述风帆6的一侧面为弧形面，另一侧面为非平面；此结构类似利用两侧面的气流密度不同，实现风动力的捕获。本发明翼形风帆的动力方向是沿风帆头部向前的；此外，这种风帆在风力很小的情况下也能实现风动力的捕获，本发明的装置，能够实现微风启动旋转，所谓的微风是说风速很低的情况。本发明经过多次实验证明，本发明的装置在1级风以下就能转动，所以这里还可以定义一下微风指的是1级风速以下。

即本发明实施例中的所述风帆6为翼形风帆，如图4所示，翼型风帆包括风帆主体6、LED灯带61和卡块62两部分。如图5所示，风帆主体包括风帆头A、风帆尾B、和两个风帆翼面(C和D)，两个风帆翼面(C和D)的一段分别与风帆头A相连，另一端在风帆尾部B直接相连形成风帆尾，风帆主体的风帆头的宽度大于风帆尾；翼型风帆与环形底盘呈等弧度弯曲，并且沿着环形底盘的圆周等距排列；风帆系统的运转方向风帆头部在前，风帆尾部在后排列。由于翼型风帆形状的特殊性和翼型风帆相对较大捕获面积使风帆系统能够实现微风启动旋转。

本发明实施例中，可以在所述风帆外翼面布置广告，或者在风帆内外两翼面上同时发布广告。即可以所述风帆6外侧用于安装信息展示内容，并可以在所述风帆6设置有便于环形底盘2转动的风口。另外，还可以设置一可以控制所述风口根据风向转动的自动调节装置，这样可以减少逆风的阻力，增加顺风的动力，大大提高转换效率。本发明广告牌通过旋转把风力转换成为动能，降低了风力对多功能风力驱动信息展示装置广告牌的作用力，降低了对主支柱和主支柱底座的强度要求，从而优化了广告牌的结构。

本发明由于翼型风帆形状的特殊性以及翼型风帆相对较大的捕风面积使风帆系统能够实现微风启动旋转，并通过把风力转换成为动能不仅使布置在风帆上面的广告产生动态效果，而且降低了对主支柱的和主支柱底座的强度要求从而优化了广告牌结构。另外，广告牌空间旋转多角度展示的特征提高了空间利用效率和广告宣传效应等。

其中，所述发电储能组件300包括：

固定套设在承载支架主支柱1上的第二轴肩12；

设于环形底盘2外侧的环形固定架3；

所述环形固定架3与第二轴肩12之间通过第二辐条14连接固定。

本发明实施例采用设于环形底盘2外侧的环形固定架3，以及固定于主支柱1的第二轴肩12，所述环形固定架3与第二轴肩12之间固设有第二辐条14；所述环形固定架3的剖面为L形，所述环形底盘2设于环形固定架3内，设置所述环形固定架3使得本发明结构更加结实和牢固。

进一步地，所述多功能风力驱动信息展示装置，如图1和图2所示，所述发电储能组件300还包括：

设置在所述环形固定架3内侧的多组发电用线圈5；以及固定在所述环形底盘2外围与所述发电用线圈5位置相对的永磁铁4；

以及固定在所述承载支架上的用于存贮每组发电用线圈发电时产生的电能的蓄电池8；所述发电用线圈5与蓄电池8连接。

本发明实施例中，本实施例采用所述永磁铁4为弧形面永磁铁4；所述永磁铁4的磁极均向同一方向，所述环形固定架3通过第二辐条14与第二轴肩12相连，并且固定不旋转，截面为L形的环形固定架3沿圆周方向等距布置着线圈。当设于环形底盘2外围的永磁铁4随环形底盘2转动时，多组线圈5会不停切割磁感线，实现发电之目的；本实施例采用还设置用于存贮每组线圈5发电时产生的电能的蓄电池8；所述每组线圈5的输出端连接蓄电池8的输入端。多功能风力驱动信息展示装置旋转工作时不仅具有广告效果，还可把多余的电能储蓄在蓄电池8中。

较佳地，如图1所示，采用环形底盘2外圆柱面布置着宽度大约是环形底盘2厚度两倍的弧形面永磁铁块(即永磁铁4)。

进一步地，如图2和图3所示，所述多功能风力驱动信息展示装置，还包括有设于承载支架上顶端的转速传感器13以及PLC控制器，所述每组发电用线圈的电能输出端分别与蓄电池8的电能输入端连接；所述控制器通过检测转速传感器13发出的转速信息来控制接入发电或蓄电池8的发电用线圈5的数量。

较佳地，环形固定架3上的线圈分为数目相等的四组线圈，每一组用导线串联起来，每一组线圈的两端分别用导线接入转速传感器13。转速传感器13通过感应风帆系统旋转的速率，自动调节接入参加切割磁感线回路中的线圈数目，利用线圈切割磁感线的阻力来控制风帆系统的转速，风帆6的转速越大，转速传感器13控制接入参加切割磁感线回路中的线圈数目越多，使风帆6的转速控制在设定的范围内，既保护了发电系统的安全性，又不致使广告面的转速过快而破坏设备或降低广告信息发布效果。

本实施例是先通过对发电电动机和接入电路的线圈组数的控制，使环形底盘的转速始终保持在最佳角速度，再在此基础上，同时控制进入工作状态的LED发光灯带的数量、位置，及各LED发光灯带点亮的持续时间、两次点亮时间间隔、显示内容，使信息展示装置呈现出良好的信息画面。

较佳地，所述转速传感器13是一光敏传感器，固定在主支柱1的上端，用来感应环形底盘2的转速和根据转速控制接入参加切割磁感线回路中的线圈数目。所述定时器包括一个电子表，固定在主支柱上，每到所设置的特定时间控制所有灯具接通蓄电池。

本发明实施中，如图2和图3所示，通过所述转速传感器13感应环形底盘2的转速，当转速较底时，通过控制器控制接入蓄电池8的发电用线圈5数量降低，甚至为了零，使得环形底盘2转动的阻力减少；当转速较高时，通过控制器控制接入蓄电池8的发电用线圈5数量增多，提高发电量，并增加环形底盘2转动的阻力，这样，本发明使其巧妙的实现了动态平衡的过程，即当转速高时，接通发电用线圈5数量增多使得发电增大，进而阻力增大，使得转速减慢，因此接通发电用线圈5数量又控制减少，阻力减少，转速又增大，直到平衡状态。

较佳地，可以采用所述蓄电池8为锂电池；锂电池易于维护，寿命长，储电量大。

进一步地，如图2所示，所述的风力驱动户外全方位信息展示设备，还可以设置包括有照明灯以及控制照明灯照明时间的定时器9。其中照明灯可以安装在用于安装信息展示内容的风帆6上，设置通过定时器9设定照明时间，时间可以是傍晚等光线较暗的时刻来控制蓄电池8给照明灯供电，使得在较暗的情况下能看到广告牌的内容，增加本发明的实用性。

实施例2：

本实施例提供的一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法、设备及控制系统，其基本上均与实施例1相同，其不同之处在于：

其采用变速自适应工作模式：根据外部自然风力的实际变化，控制系统仅将风力旋转装置200的转速维持设定的最大、最小的转速区间内，不对在此区间内的实时转速进行控制，(例如基准转速允许误差±10倍，但是需要控制在安全运行转速范围内)，而由控制系统按照预设程序、以实时转速为基准变量，控制各电控发光显示带61的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、间隔时间及显示内容，控制各电控发光显示带61部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带61点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面。

本实施例的运行及控制方式，是根据自然风力驱动下变动的环形底盘的转速，通过控制进入工作状态LED发光灯带的数量、位置，及每列进入工作状态LED发光灯带的时间，使发光带扫过的整个圆柱形侧面上形成一幅完整、连续、全方位的画面。包括控制各列发光带的横向位置间隔和每列进入工作状态的LED灯带执行信息显示动作点亮时长和/或两次点亮时间间隔，使风帆6上的发光带扫过的整个圆柱形侧面上形成一幅完整的画面。当室外风速不稳定、导致转速不稳定时，通过控制进入工作状态LED灯带的总条数和每列进入工作状态的LED灯带执行显示动作的点亮持续时间、前后两次点亮的时间间隔来调整画面。当室外风速过大而使环形底盘转速过快时，适当减少进入工作状态LED灯带的条数和/或相应增加每列进入工作状态的LED灯带执行显示动作的点亮持续时长、减小两次点亮之间的时间间隔，使翼型叶片扫过的整个圆柱形侧面上形成一幅完整的画面。同理，当室外风速过小而使环形底盘转速过慢时，适当增多进入工作状态LED灯带的条数和/或相应增大每列进入工作状态的LED灯带执行显示动作的点亮时长、减少两次点亮之间的时间间隔。

该风力驱动信息展示设备，采用所述承载支架为用于进行吊挂固定的吊挂支架，所述吊挂支架包括：一挂勾，与所述挂勾连接的用于支撑所述风力旋转装置的立支柱。这样可以将本发明的多功能风力驱动信息展示装置吊挂安装，适合不同的安装场地。

进一步地实施例，所述多功能风力驱动信息展示装置，其还包括：设置在所述风帆6内侧的用于将太阳光转为电能的太阳能板，所述太阳能板与一蓄电池电连，例如可以太阳能板转换来的电能通过一转换开关连接至所述蓄电池8。

综上所述，本发明是根据自然风力驱动下环形底盘的旋转进行发电，同时驱动信息展示装置的发光带显示内容旋转后的轨迹成像，通过综合转速、进入工作状态LED发光灯带的数量、位置，及每列进入工作状态LED发光灯带的时间，使发光带扫过的整个圆柱形侧面上形成一幅完整、连续、全方位的画面。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其特征在于，其包括如下步骤：

1)设置一由户外自然风力驱动的户外信息展示设备，该设备自下而上依次设有承载装置、风力旋转装置、信息展示装置，其中的承载装置与风力旋转装置相互配合，实现风力发电及对信息展示装置的转速控制；

2)在所述的风力旋转装置上设置一环形底盘，在该环形底盘上设置捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆；在每一风帆上设置信息展示装置，该信息展示装置包括设置在风帆的外侧立面上，用来发布图文信息的至少一条电控发光显示带；

3)在所述的承载装置及风力旋转装置上，分别设置多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置与承载装置之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

4)设置一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置与承载装置工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆在设定的转速范围内运行，或根据自然风驱动下风帆的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带的点亮时刻、时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

2.根据权利要求1所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其特征在于，

所述步骤3)、4)中所述的工作单元，包括发电单元与电动单元；其中所述的发电单元是由相对应设置在所述承载装置与风力旋转装置上的多数个定子与转子的发电线圈绕组组成；所述的电动单元，是设置在所述承载装置或风力旋转装置上的多数个电动发动机及传动齿轮组。

3.根据权利要求2所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其特征在于，

所述的步骤4)中，其还包括如下步骤：

所述的控制系统，根据其感知到的风力大小进行工作模式切换：

41)当风力适中、风力旋转装置未超出设定的最大或最小转速时，该系统将设备的工作模式切换到发电/正向工作模式，切断电动单元，接通电动/发电组件中的部分发电单元进行发电，存储电能，并向信息展示装置供电；风力越大接通的发电单元数量越多，风力越小则接入的发电单元越少，以接入的发电单元工作时产生的阻力，来控制转速并维护展示设备处于正常转速，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息；

42)当风力过大、风力旋转装置超出设定的最大转速时，该系统将设备的工作模式切换到发电/保护工作模式，切断电动单元，接通电动/发电组件中的各发电单元全速发电，存储电能，并关闭信息展示装置，以控制转速并维护展示设备自身安全；

43)当风力过小、风力旋转装置低于设定的最小转速时，该系统将将设备的工作模式切换到电动/逆向工作模式，切断发电单元停止发电，接通电动单元，将所存储的电能转换为机械能，使展示设备维持在设定的最低转速，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

4.根据权利要求1所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其特征在于，所述的控制系统，同时控制所述的风力旋转装置转速和信息展示装置的各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面，取视觉暂留时间系数为p秒，将风力旋转装置转速控制在设定的范围内，则各参数需要满足的条件函数式是：

2π＝pnω (1)

或者

2πR＝pnv (2)

式中：

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤5m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s；

R——风力旋转装置环形底盘的半径，且1m≤R≤50m；

v——风力旋转装置环形底盘上风帆的线速度，m/s。

5.根据权利要求1所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法，其特征在于，所述的电控发光显示带，包括自内向外设置的、设于所述风帆外侧立面内部的背光板、LED发光灯带及设置在外侧立面上的导光柱；所述的LED发光灯带上设有单列或多列大功率LED灯珠；所述的导光柱为几何中心线倾角向下5～45°的圆柱体或圆锥体。

6.一种实施权利要求1～5之一所述方法的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其设置于户外、由自然风力驱动，其特征在于：

其包括自下而上依次设有承载装置、风力旋转装置、信息展示装置，其中的承载装置与风力旋转装置相互配合，实现风力发电及对信息展示装置的转速控制；

所述的风力旋转装置上设有一环形底盘，在该环形底盘上设有捕获风能并将其转化为机械能的多数个风帆；每一风帆上设有信息展示装置，该信息展示装置包括设置在风帆的外侧立面上、用来发布图文信息的至少一条电控发光显示带；

所述的承载装置及风力旋转装置上，分别设有多数个相互配合工作、驱动所述风力旋转装置发电或维持转动的电动/发电组件的工作单元，由其将风力旋转装置的机械能转化为电能并存储，或者将所存储的电能转化为机械能驱动风力旋转装置维持转动；所述的电动/发电组件通过风力旋转装置与承载装置之间电动/发电的模式切换或接入的工作单元数量，实现对机械能与电能的相互输入输出转换关系和比例的自适应控制与调节；

还包括一控制系统，使其与所述的电动/发电组件的各工作单元及各电控发光显示带连接；其根据对自然风力状况的感知，控制上述的风力旋转装置与承载装置工作单元之间的配合，使二者在不同风力驱动的情况下做出自适应性调整：自动控制与调节机械能与电能的相互转换的比例，控制所述风帆在设定的转速范围内运行，或根据自然风驱动下风帆的实际转速及转速的变化，即时调节所述各电控发光显示带的点亮时刻、时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述各电控发光显示带在旋转状态下点亮后所显示内容的动态轨迹依次相接，形成全方位、连贯展示的可视图文信息。

7.根据权利要求6所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，所述的工作单元，包括发电单元与电动单元；其中所述的发电单元是由相对应设置在所述承载装置与风力旋转装置上的多数个定子与转子的发电线圈绕组组成；所述的电动单元，是设置在所述承载装置或风力旋转装置上的多数个电动发动机及齿轮组。

8.根据权利要求6所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，其包括：

所述的承载装置，包括一进行吊挂固定或支撑固定用于承载风力信息展示装置主体部分的承载支架；

该承载支架为用于进行支撑固定的一支撑架，所述支撑架包括：一底座，设置在所述底座上用于支撑所述风力旋转装置的主支柱；

所述的风力旋转装置设置在所述承载支架上方，其通过风力驱动旋转并利用风力发电进行储能；

所述的信息展示装置，设置在所述风力旋转装置上，通过所述风力旋转装置转动带动旋转、用于设置信息展示内容。

9.根据权利要求8所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，所述风力旋转装置包括：

可转动的套设在承载支架的主支柱上的第一轴肩；

与所述第一轴肩通过第一辐条连接的用于安装风帆的环形底盘；

所述环形底盘的顶面延盘面设有多组用于使环形底盘转动的风帆；风帆通过风力带动环形底盘转动；

设置在所述风力旋转装置下方并固定在所述承载支架上的、用于与所述风力旋转装置相互配合进行发电并储能的发电储能组件。

10.根据权利要求9所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，所述发电储能组件包括：

固定套设在承载支架主支柱上的第二轴肩；

设于环形底盘外侧的环形固定架；

所述环形固定架与第二轴肩之间通过第二辐条连接固定；

设置在所述环形固定架内侧的多组发电用线圈或磁铁；

固定在所述环形底盘外围与所述发电用线圈或磁铁位置相对的磁铁或线圈；

所述的每组相互配合的发电用线圈或磁铁，构成一发电工作单元；

以及固定在所述承载支架上的用于存贮每组发电用线圈发电时产生的电能的蓄电池；所述发电用线圈与蓄电池连接。

11.根据权利要求10所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，还包括有控制器、设于承载支架上顶端的转速传感器，以及所述每组发电用线圈的电能输出端分别与蓄电池的电能输入端连接；所述控制器通过检测转速传感器发出的转速信息来控制接入蓄电池的发电用线圈的数量。

12.根据权利要求6所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示设备，其特征在于，所述风帆为翼型风帆，所述风帆的宽度为一端向另一端逐渐降低；所述风帆底部设有卡块，所述环形底盘上设有与卡块配合的卡槽；所述风帆通过所述卡块设于卡槽内；所述风帆的高度H与风力旋转装置环形底盘半径R的比例为：0.3R≤H≤1.2R。

13.一种实现权利要求1所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法的控制系统，其特征在于：

其包括一PLC控制器、一传感器模块，其特征在于，所述的PLC控制器中集成有控制软件，该控制软件内置有控制风力旋转装置转速与电控发光显示带工作条数及相关工作参数的条件函数，同时控制所述的风力旋转装置转速和信息展示装置的各电控发光显示带的初始点亮工作的时刻、点亮保持时长、点亮间隔及显示内容，控制各电控发光显示带部分或全部工作，使所述的各电控发光显示带点亮时扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面，取视觉暂留时间系数为p秒，将风力旋转装置转速控制在设定的范围内，该控制条件函数式是：

2π＝pnω (3)

或者

2πR＝pnv (4)

式中：

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤2m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s；

R——风力旋转装置环形底盘的半径，且1m≤R≤50m；

v——风力旋转装置环形底盘上风帆的线速度，m/s。

14.根据权利要求13所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法的控制系统，其特征在于：

设所述的电控发光显示带点亮后某一幅画面持续的时间t₁，且该显示带在时间t₁内显示带转过的角度为θ，t₁与角速度的关系为

t₁＝θ/ω或θ＝t₁*ω (5)

信息显示装置要满足如下条件，才能实现显示带点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

2π＝θ*n或n＝2π/θ (6)

n——风帆上进入工作状态的电控发光显示带总的条数，且1≤n≤2m，m为风帆的个数；

ω——风力旋转装置环形底盘的转动角速度，且π/pm≤ω≤2πrad/s。

15.根据权利要求14所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法的控制系统，其特征在于：

设同一电控发光显示带连续旋转过程中，电控发光显示带点亮后第一幅画面持续时间t₁后熄灭，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔为t₂，要满足如下条件，才能实现显示带依次点亮后扫过的轨迹，在整个圆柱形侧面上形成一副连续、完整的画面：

t₂＝n₁(t₁+p) (7)

n₁——每一风帆上进入工作状态的电控发光显示带条数，且1≤n1≤2m，m为风帆的个数；

p——视觉暂留时间系数，且0.1s≤p≤0.4s；

t₁--电控发光显示带第一幅画面点亮后持续的时间，s；

t₂--同一电控发光显示带连续旋转过程中，第一幅画面点亮持续t₁熄灭后，与相邻的第二幅画面重新点亮的时间间隔，s。

16.根据权利要求13所述的自适应型风力驱动的户外全方位信息展示方法的控制系统，其特征在于：

所述的传感器模块包括至少一转速传感器，用来感知风力旋转装置的转速；所述PLC控制器通过该转速传感器发出的转速信息来控制接入发电工作模式的发电用线圈的数量，风力旋转装置转速与接入发电工作模式的发电用线圈的数量控制之间的关系为正态分布函数。

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