CN113339194A - 一种带有显示功能的可逆风力发电机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有显示功能的可逆风力发电机及其控制方法,能够利用风能显示一些文字、图片、动画等信息,并在扇叶转速过小时将电机切换至电动机模式使其稳定显示,具有很好的应用价值。将需要显示的内容取模,取模后的数据通过无线传输的方式传至控制器中,在风力发电机的扇叶上安装的LED上控制其显示内容,当风力发电机的扇叶旋转并且达到一定速度时,安装在扇叶上的多个LED会在空中显示完整的图像或动画等信息。本发明根据扇叶当前的转速将电机设置为两种工作模式:(1)发电机模式;(2)电动机模式。显示控制方法由转速反馈控制和位置反馈控制共同调节显示参数,通过外界环境光强信息调节LED显示亮度,使其能够稳定且有效的显示。
Description
技术领域
本发明属于LED灯光显示技术领域,尤其涉及一种利用视觉暂留效应,在风力发电机扇叶上实现旋转LED显示的系统及其控制方法。
背景技术
物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1~0.4秒左右的图像,这种现象被称为视觉暂留(POV)现象,是人眼具有的一种性质。目前,视觉暂留现象被广泛应用于LED灯光显示领域,得到了大量的应用。本设计将POV显示技术结合到风力发电机上,因风力发电机转速不确定以及不稳定等特点,会大大影响最终的显示效果,这些问题仍需要采取措施予以解决。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种带有显示功能的可逆风力发电机及其控制方法,
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种带有显示功能的可逆风力发电机系统包括有风力发电机组件,还包括有LED显示臂、图像取模工具、无线通信模块、转速及位置检测模块、光强检测模块、工作模式转换电路、蓄电池以及电源模块。
在风力发电机的扇叶上安装有大量成条状分布的LED显示灯,其数量为8的整数倍,每个LED为一个像素点并且能够同时显示不同光强的红绿蓝三种颜色,发电机的三条扇叶上安装的LED共同组成了LED显示臂。
一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,包括如下步骤。
图像取模工具对需要显示的内容进行采样,得到每帧图像信号数据,然后转换为极坐标,井将每帧图像分割成辐射状的很多个条状图像条信号,计算每个图像条角宽度,根据设定的转速计算每个图像条持续显示时间,并将图像条信号数据存储;无线通信模块将取模后的图像数据通过无线的方式发送到控制模块中。
根据视觉暂留时间计算旋转显示所需的最低转速Nmin=600/x,x为风力发电机扇叶叶片的数量。按照其转速大小,将风力机的电机设置了两种工作模式:(1)当风机转速时,设为工作模式一,此时电机工作在发电机模式,风机正常发电将电能传输至电网以及蓄电池中,同时进行LED旋转显示;(2)当风机转速时,设为工作模式二,此时电机工作在电动机模式,由蓄电池给电机供电驱动扇叶旋转。
工作模式转换电路通过改变电机定子极对数的方式,使同步转速n 1 获得改变,进而改变电机的工作模式。
当电机工作在电动机状态时,由蓄电池给电机供电,并采用转速反馈,通过调整定子供电电流频率f来改变电机转速,使转速稳定在Nmin,控制器按照此转速,进行旋转LED显示。
当电机工作在发电机状态时。发电机正常发电。受风速影响,风机的转速会不断变化,此时采用转速反馈加位置反馈的方法使其稳定的显示。首先,由转速反馈实时获得扇叶的转速,调整显示时间以适应转速的变化;同时,由位置传感器判断扇叶是否转到初始位置,每当扇叶转至初始位置时,将显示的内容进行刷新,防止转速变化导致显示错乱。
光强检测模块检测到环境光强度信息后,通过调节PWM占空比的方式,调节LED显示的亮暗时间。不同的PWM占空比,使得各个LED像素点在扫描周期内,点亮时间越长,显示屏的亮度越高。从而达到根据环境亮度,自动调整显示亮度的目的。
附图说明
图1为本发明提供的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统的总体硬件框图。
图2为本发明提供的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统中LED显示臂示意图。
图3为本发明提供的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统切换工作模式流程图。
图4为本发明提供的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统根据环境光照强度调节LED显示亮度的流程图。
图5为本发明提供的转速检测流程图。
图6为系统总体工作流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。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。
请参阅图1所示,本实施例一种带有显示功能的可逆风力发电机系统包括有风力发电机组件,还包括有LED显示臂、图像取模工具、无线通信模块、转速及位置检测模块、光强检测模块、工作模式转换电路、蓄电池以及电源模块。
请参阅图2所示,在风力发电机的扇叶上安装有大量成条状分布的LED显示灯,其数量为8的整数倍,每个LED为一个像素点并且能够同时显示不同光强的红绿蓝三种颜色,发电机的三条扇叶上安装的LED共同组成了LED显示臂。
图像取模工具为一上位机系统,其可以将需要显示的文字、图像或者动画等信息转化为极坐标形式,然后,按照设定的分辨率,确定单个显示臂上的LED数量与每圈分割的度数将每一帧图像分割成无数个图像条,然后依据取出图像上对应坐标的24bit RGB值,即可获得需要显示的图像条信号,保存这个信号数据。通过无线通信模块将此数据发送到中控制器中。
由于视觉暂留现象,当显示的图像条消失后,仍会在大脑中保持0.1~0.4s的时间。我们按最短的时间0.1s来算,在某一位置显示的内容必须在0.1s以内再次显示,这样就需要风机有600r/min的转速。但是,我们可以通过增加显示臂数量的方法,例如,一般的风力发电机为三片扇叶,我们将三片扇叶上均安装有LED显示臂。因此,每当扇叶转一圈时,某一个固定位置的图像能够显示三次,即对风机转速的要求即缩小了三倍,变为200r/min。在实际应用中,如果风机的扇叶更多,假设为x片,那么对转速的最低要求也就更小,设为Nmin=600/x,我们将此定义为最低转速。
由于风力发电机的转速受到风速的影响,可能会出现转速过低以至于无法正常显示的情况。请参阅图3所示,本发明按照其转速大小,将风力机的电机设置了两种工作模式:(1) 当风机转速时,设为工作模式一,此时电机工作在发电机模式,风机正常发电将电能传输至电网以及蓄电池中,同时进行LED旋转显示;(2) 当风机转速时,设为工作模式二,此时电机工作在电动机模式,由蓄电池给电机供电驱动扇叶旋转。
风力发电机所采用的电机一般为两种:双馈异步电机和永磁直驱电机,均为三相电机,要改变其工作模式使其在发电机与电动机两种工作模式之间来回切换,需要改变其同步转速n 1 ,其表达式为,式中为同步转速,f为定子电流的频率,p为旋转磁场的极对数。由表达式知,可以通过改变定子电流的频率f或者旋转磁场的极对数p来改变电机的工作模式。我们这里选择采用改变极对数p的方式使同步转速n 1 得到改变,从而改变电机的运行状态。
当外界风力很小时,转速达不到Nmin时,由控制器控制工作模式切换电路将电机的工作模式切换到电动机状态,由蓄电池给电机供电,并采用转速反馈,通过调整定子供电电流频率来改变电机转速,使转速稳定在Nmin,控制器按照此转速,计算扇叶转过一圈所需要的时间,采用固定转速和起始点的方法,显示棒转动经过起始点后相同时间会到达相同的位置,不同时间达到不同位置,这样只要计算从起始点开始经过多少时间就能知道显示棒转到哪个位置,就输出这个位置对应的图像信号,转到下一个位置时,再显示下一个位置的图像条图像,转过一周,就完整的显示过整个图像帧的图像。山于人眼的视觉暂留效应,每个图像条的图像被人眼组合起来就形成了完整的图像。
当外界风力足够大时,转速大于Nmin时,由控制器控制工作模式切换电路将电机的工作模式切换到发电机状态。此时,发电机正常发电。受风速影响,风机的转速会不断变化,此时采用转速反馈加位置反馈的方法使其稳定的显示。首先,由转速反馈实时获得扇叶的转速,调整显示时间以适应转速的变化;同时,由位置传感器判断扇叶是否转到初始位置,每当扇叶转至初始位置时,将显示的内容进行刷新,防止转速变化导致的显示错乱的现象。
请参阅图4所示,本实施例加入了光强检测模块,其为一光敏电阻,其阻值会随着光照的强弱而改变。利用阻值结合其它阻容、放大等电路,实现对环境光强度的检测。控制器得到环境光强度信息后,通过调节PWM占空比的方式,调节LED显示的亮暗时间。不同的PWM占空比,使得各个LED像素点在扫描周期内,点亮与熄灭的时间不同,点亮时间越长,显示屏的亮度越高。从而达到根据环境亮度,自动调整显示亮度的目的。
请参阅图5所示,本实施例中的转速及位置传感器为,转轴的一侧设置有一磁片,而在转轴的另一侧设置有霍尔元件,一旦磁片旋转到与霍尔元件对齐时,霍尔元件的输出端就会产生一个电信号,此即扇叶的位置信息;通过计算单位时间内产生的电信号数量,即可测得扇叶的转速。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,包括有风力发电机组件,还包括有LED显示臂、图像取模工具、无线通信模块、转速及位置检测模块、工作模式转换电路、蓄电池以及电源模块。
2.如权利要求1所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,其特征在于,将LED均匀安装在风机的扇叶上并呈线性分布,LED的数量为8的整数倍,且每个LED都能独立显示不同光强的红绿蓝三种颜色,风机的三片扇叶的LED共同组成LED显示臂。
3.如权利要求2所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,其特征在于,所述图像取模工具用于对需要显示的内容进行处理,将图像转换为极坐标使其分割为很多个条状图像条信号,并对这些信号进行存储。
4.如权利要求3所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,其特征在于,所述无线通信模块用于将图像取模工具处理过的图像发送到控制器上,从而改变显示内容。
5.如权利要求4所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,其特征在于,所述转速及位置检测模块为:在风力发电机转轴的一侧设置有一磁片,而在转轴的另一侧设置有霍尔元件,一旦磁片旋转到与霍尔元件对齐时,霍尔元件的输出端就会产生一个电信号,此即扇叶的位置信息;通过计算单位时间内产生的电信号数量,即可测得扇叶的转速。
6.如权利要求5所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机系统,其特征在于,所述可逆风力发电机的可逆性体现在可以根据扇叶转速的大小,切换电机的工作模式,使其能够根据需要在发电机与电动机模式之间来回切换。
7.如权利要求6所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:图像取模工具对需要显示的内容进行采样,得到每帧图像信号数据,然后转换为极坐标,井将每帧图像分割成辐射状的很多个条状图像条信号,计算每个图像条角宽度,根据设定的转速计算每个图像条持续显示时间,并将图像条信号数据存储;无线通信模块将取模后的图像数据通过无线的方式发送到控制模块中。
8.如权利要求7所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:根据视觉暂留时间计算旋转显示所需的最低转速Nmin=600/x,x为风力发电机扇叶叶片的数量,按照其转速大小,将风力机的电机设置了两种工作模式:(1)当风机转速N>Nmin时,设为工作模式一,此时电机工作在发电机模式,风机正常发电将电能传输至电网以及蓄电池中,同时进行LED旋转显示;(2)当风机转速N<Nmin时,设为工作模式二,此时电机工作在电动机模式,由蓄电池给电机供电驱动扇叶旋转。
9.如权利要求8所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:工作模式转换电路通过改变电机定子极对数的方式,使同步转速获得改变,进而改变电机的工作模式。
10.如权利要求9所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:当电机工作在电动机状态时,由蓄电池给电机供电,并采用转速反馈,通过调整定子供电电流频率来改变电机转速,使转速稳定在Nmin,控制器按照此转速,进行旋转LED显示。
11.如权利要求10所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:当电机工作在发电机状态时,发电机正常发电,受风速影响,风机的转速会不断变化,此时采用转速反馈加位置反馈的方法使其稳定的显示,首先,由转速反馈实时获得扇叶的转速,调整显示时间以适应转速的变化;同时,由位置传感器判断扇叶是否转到初始位置,每当扇叶转至初始位置时,将显示的内容进行刷新,防止转速变化导致显示错乱。
12.如权利要求11所述的一种带有显示功能的可逆风力发电机的控制方法,其特征在于,还包括如下步骤:光强检测模块检测到环境光强度信息后,通过调节PWM占空比的方式,调节LED显示的亮暗时间,不同的PWM占空比,使得各个LED像素点在扫描周期内,点亮时间越长,显示屏的亮度越高,从而达到根据环境亮度,自动调整显示亮度的目的。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210903 |
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