CN203488312U - 一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，包括风向检测模块、单片机控制模块、电机驱动模块、扇叶朝向控制装置、液晶显示模块，所述的风向检测模块、液晶显示模块分别与所述的单片机控制模块相连，所述的单片机控制器与电机驱动模块相连，所述的电机驱动模块相连还与扇叶朝向控制装置相连。本实用新型实现了风向的检测、数据处理与显示，电机的驱动，及扇叶朝向控制等功能。系统利用霍尔传感器能够根据来风方向所驱使的风向标转动的变换，检测出风向变化，同时通过单片机的处理和信号输出，使液晶模块显示风向信息，运行电机驱动模块驱动电机匀速转动，从而使扇叶朝向与风向标所指方向相同，从而提高风力发电机的工作效率。

Description

一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统

技术领域

     本实用新型涉及一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，属自动控制技术领域。   

背景技术

风力发电是世界新兴的能源产业,有着非常广阔的发展前景,世界各国都在全力发展风电机的开发与安装,从而越来越多的人员参与到风力发电这个行业中。我国内陆局部风能资源非常丰富，风功率密度一般在100W/m2以下，年可利用小时数3000小时以下。另外，在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、湖北的九宫山、河南的嵩山、山西的五台山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。海上风能资源也十分丰富，10m高度可利用的风能资源约7亿多kW。海上风速高，很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，可减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年，且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

目前风电机技术已经有了较快的发展，国内风电机主要采用三叶式水平轴风力发电机，常用测风仪器包括三杯式风速风向仪、风向标、超声波传感器、热敏风速风向传感器等测风向仪器进行测风，并由控制系统控制风力发电机的扇叶朝向与来风方向一致，实现最大效率的利用风能资源。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，包括风向检测模块、单片机控制模块、电机驱动模块、扇叶朝向控制装置、液晶显示模块，所述的风向检测模块、液晶显示模块分别与所述的单片机控制模块相连，所述的单片机控制器与电机驱动模块相连，所述的电机驱动模块相连还与扇叶朝向控制装置相连。

作为本实用新型的一种改进，所述的风向检测模块包括八个霍尔元件，所述的八个霍尔元件均布在一个圆盘上，所述的霍尔元件与单片机控制模块相连。

作为本实用新型的一种改进，所述的扇叶朝向控制装置包括扇叶、齿轮组合、转动轴、步进电机，底座、扇叶支撑杆，所述的步进电机与电机驱动模块相连接。

作为本实用新型的一种改进，所述的单片器控制器采用的单片机的型号为MSP430F149。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实现了风向的检测、数据处理与显示，电机的驱动，及扇叶朝向控制等功能。系统利用霍尔传感器能够根据来风方向所驱使的风向标转动的变换，检测出风向变化，同时通过单片机的处理和信号输出，使液晶模块显示风向信息，运行电机驱动模块驱动电机匀速转动，从而使扇叶朝向与风向标所指方向相同，从而提高风力发电机的工作效率。

附图说明

  图1为本实用新型的硬件电路结构框图；

图2 为本实用新型的风向检测装置模块的结构示意图；

图3为本实用新型的扇叶朝向控制装置的结构示意图；

图4为本实用新型的MSP430F149单片机电路图；

图5为本实用新型的下载口连接电路电路图；

图6为本实用新型的电源电路电路图；

图7 为本实用新型的风向传感器电路图；

图8为本实用新型的电机驱动模块电路图；

图9为本实用新型的液晶显示电路；

图中各部件为：

1扇叶、2齿轮组合、3转动轴、4步进电机、5底座、6扇叶支撑杆。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

如图1所示为本实用新型的小型风力发电机扇叶朝向控制系统的硬件电路结构框图，包括风向检测模块、单片机控制模块、电机驱动模块、扇叶朝向控制装置、液晶显示模块，所述的风向检测模块、液晶显示模块分别与所述的单片机控制模块相连，所述的单片机控制器与电机驱动模块相连，所述的电机驱动模块相连还与扇叶朝向控制装置相连。

图4为本实用新型的MSP430F149单片机结构示意图，单片机是整个系统的控制中枢，它指挥外围器件协调工作，完成特定的功能。硬件实现上采用模块化设计，每一模块实现一个特定功能，最后再将各个模块搭接在一起。这种设计方法可降低系统设计的复杂性。

图5是单片机下载口连接电路示意图，MSP430F149的JTAG下载电路对应单片机的54至58管脚，JTAG是利用边界扫描技术，MSP430F149内部有逻辑接口给JTAG使用，内部有若干个寄存器连接到MSP430F149的内部数据地址总线上，通过地址线可以访问到MSP430F149的所有资源，包括FLASH、RAM及其他寄存器。

图6是单片机电源结构示意图，因为MSP430单片机需要的是+3.3V直流电压，所以在核心板上接电的时候需要将外接+5V电压转成+3.3V电压，故需要一个电源模块进行电压转换。AMS1117是一种正向低压降稳压器，在实际应用时，引入+5V电压，通过电容C1、C2进行滤波（C1滤除高频波，C2滤除低频波），然后由AMS117_3.3进行电平转换，将+5V电压转换为+3.3V电压。

图2是风向检测模块的结构示意图，系统用了U1-U8共八个AH44E霍尔元件安装在图2所示的风向检测装置圆盘上，分别代表北、西北、西、西南、南、东南、东和东北八个方向。以磁性风向标来感应风力方向。当有风吹过的时候，风向标摆动朝向风向方向，此时，风向标前端的磁性装置被霍尔元件检测到磁性，并将信号传输到单片机，单片机根据检测到磁性的霍尔元件的位置识别来风的方向。风向传感器电路如图7所示。 

扇叶控制装置如图3所示，装置包括扇叶1、齿轮组合2、转动轴3、步进电机4、底座5和扇叶支撑杆6等部分。单片机通过风向检测模块得到风向信号后，启动电机驱动模块，驱动步进电机4。步进电机4通过转动轴3转动，带动转动轴3上方固定的齿轮组合2转动，齿轮组合2再连带扇叶1改变朝向，直至扇叶朝向与检测到的来风方向一致后停止。当系统通过霍尔传感器检测出风向并显示的时候，内部程序开始判断前一刻风向值和后一刻的风向值是否存在差值，若不存在即为风向不发生变化，扇叶朝向不变，若存在差值，则开始计算风向变化的角度，此时，电机读取正传数组，处理数据并调节自身转速。本实用新型设计为每隔45度改变一次转角，当计算出风向变化角度的时候，单片机处理数据，选择最近的转动方向控制电机转动至来风方向。

如图8所示为本实用新型的电机驱动模块，所述的驱动电路包括一个7路反向器电路ULN2003A，在电机驱动电路中，ULN2003A通过1~4脚与单片机P50~P53相连，当单片机通过P50~P53向ULN2003A输入脉冲信号的时候，ULN2003A通过13~16脚向步进电机输出信号，驱动步进电机转动，最终使扇叶朝向所检测到的来风方向。

图9为液晶显示模块，风向信息由液晶显示。液晶显示模块的型号为LCD1602，LCD1602通过P40~P47与MSP430F149单片机相连。测风传感器所测量的来风方向信息经单片机处理后由液晶显示。

本实用新型实现了风向的检测、数据处理与显示，电机的驱动，及扇叶朝向控制等功能。系统利用霍尔传感器能够根据来风方向所驱使的风向标转动的变换，检测出风向变化，同时通过单片机的处理和信号输出，使液晶模块显示风向信息，运行电机驱动模块驱动电机匀速转动，从而使扇叶朝向与风向标所指方向相同，从而提高风力发电机的工作效率。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (4)

1.一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，其特征在于：包括风向检测模块、单片机控制模块、电机驱动模块、扇叶朝向控制装置、液晶显示模块，所述的风向检测模块、液晶显示模块分别与所述的单片机控制模块相连，所述的单片机控制器与电机驱动模块相连，所述的电机驱动模块相连还与扇叶朝向控制装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，其特征在于：所述的风向检测模块包括八个霍尔元件，所述的八个霍尔元件均布在一个圆盘上，所述的霍尔元件与单片机控制模块相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，其特征在于：所述的扇叶朝向控制装置包括扇叶、齿轮组合、转动轴、步进电机，底座、扇叶支撑杆，所述的步进电机与电机驱动模块相连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型风力发电机扇叶朝向控制系统，其特征在于：所述的单片器控制器采用的单片机的型号为MSP430F149。

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