CN220438371U - 一种风能测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风能测量系统，涉及风能监测技术领域，包括系留气球、缆绳、拉力传感器、A/D转换器芯片、ATK‑IMU901角度传感器、ARM处理器、通信模块、电源模块以及地面处理设备；拉力传感器用于设于缆绳的靠近系留气球的一端上；A/D转换器芯片能够将拉力传感器输出的模拟信号转换成数字信号；ATK‑IMU901角度传感器用于设于缆绳的靠近系留气球的一端上；ARM处理器用于与A/D转换器芯片以及ATK‑IMU901角度传感器通信连接，ARM处理器能够接收A/D转换器芯片以及ATK‑IMU901角度传感器输出的信息；通信模块用于与ARM处理器以及地面处理设备通信连接，通信模块能够将ARM处理器上的信息发送至地面处理设备；本实用新型公开的风能测量系统既能够节省成本，又能够灵活使用。
Description
技术领域
本实用新型涉及风能监测技术领域，特别是涉及一种风能测量系统。
背景技术
风能，是一种重要的可持续利用的清洁能源。目前风能利用的主要方式为建立大规模的风电场进行风力发电，在进行风电场选址时，需要利用测风装置对意向地区的风能资源进行详细的评估。
传统的测风装置主要为测风塔搭载风速风向仪来实现风能资源测量，虽然能够完成对风能资源的评估，但是测风塔的建设需要耗费大量的人力物力以及相当长的时间周期，并且不够灵活，不便通过同一装置对多个地区进行测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种风能测量系统，以解决上述现有技术存在的问题，既能够节省成本，又能够灵活使用。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种风能测量系统，包括系留气球、缆绳、拉力传感器、A/D转换器芯片、ATK-IMU901角度传感器、ARM处理器、通信模块、电源模块以及地面处理设备；所述系留气球用于漂浮于空中；所述缆绳的一端用于固定设于地面上，所述缆绳的另一端用于与所述系留气球固定连接；所述拉力传感器用于设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上，所述拉力传感器能够检测所述缆绳上的拉力；所述A/D转换器芯片用于与所述拉力传感器通信连接，所述A/D转换器芯片能够将所述拉力传感器输出的模拟信号转换成数字信号；所述ATK-IMU901角度传感器用于设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上；所述ARM处理器用于与所述A/D转换器芯片以及所述ATK-IMU901角度传感器通信连接，所述ARM处理器能够接收所述A/D转换器芯片以及所述ATK-IMU901角度传感器输出的信息；所述通信模块用于与所述ARM处理器以及所述地面处理设备通信连接，所述通信模块能够将所述ARM处理器上的信息发送至所述地面处理设备；所述电源模块用于与所述拉力传感器、所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块电连接，且所述电源模块能够为所述拉力传感器、所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块供电。
优选的，还包括地面绞盘，所述缆绳远离所述系留气球的一端用于固定设于所述地面绞盘上，所述缆绳用于缠绕于所述地面绞盘上。
优选的，所述缆绳包括主缆绳以及至少一个分支缆绳，各所述分支缆绳的一端用于固定设于所述系留气球上，各所述分支缆绳的另一端用于与所述拉力传感器的一端固定连接，所述拉力传感器的另一端用于与所述主缆绳的一端固定连接，所述主缆绳的另一端用于固定设于地面上。
优选的，还包括容纳盒，所述容纳盒用于固定设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上，所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块均用于置于所述容纳盒内。
优选的，所述电源模块用于置于所述容纳盒内。
优选的，还包括拉力传感器接口，所述拉力传感器接口用于固定设于所述容纳盒上，所述拉力传感器接口用于与所述拉力传感器以及所述A/D转换器芯片通信连接。
优选的，所述A/D转换器芯片为HX711模块。
优选的，所述ARM处理器为STM32微控制器。
优选的，所述通信模块包括LoRa发射模块以及LoRa接收模块，所述LoRa发射模块用于置于所述ARM处理器处，所述LoRa接收模块用于置于所述地面处理设备处；所述ARM处理器用于与所述LoRa发射模块通信连接，所述LoRa发射模块用于与所述LoRa接收模块通信连接，所述LoRa接收模块用于与所述地面处理设备通信连接。
优选的，所述拉力传感器为ZNLBS-V1微小拉压力传感器。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型提供的风能测量系统，设置系留气球漂浮在空中，在空中系留气球受到风的作用力，会使系留气球的三维加速度、三维姿态角和缆绳上的拉力发生变化，通过设置拉力传感器以及A/D转换器芯片以获取缆绳上的拉力数据，通过设置ATK-IMU901角度传感器以获取系留气球随风速变化的三维加速度、三维磁场、三维姿态角、三维角速度以及气压的数据，从而通过地面处理设备上的数据处理模型测量及预测出当前高空环境下的风速和风向，相比于传统测风装置，本实用新型提供的风能测量系统结构简单，制造成本更低，并且在使用过后可以对整套装置进行快速回收以便循环使用，使用更加灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的风能测量系统的示意图；
图2为图1中的通信元器件的布局示意图。
图中：1-系留气球、2-缆绳、3-拉力传感器、4-A/D转换器芯片、5-ATK-IMU901角度传感器、6-ARM处理器、7-LoRa发射模块、8-电源模块、9-地面处理设备、10-地面绞盘、11-主缆绳、12-分支缆绳、13-容纳盒、14-拉力传感器接口、15-LoRa接收模块。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种风能测量系统，以解决上述现有技术存在的问题，既能够节省成本，又能够灵活使用。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实用新型提供一种风能测量系统，包括系留气球1、缆绳2、拉力传感器3、A/D转换器芯片4、ATK-IMU901角度传感器5、ARM处理器6、通信模块、电源模块8以及地面处理设备9；系留气球1用于漂浮于空中；缆绳2的一端用于固定设于地面上，缆绳2的另一端用于与系留气球1固定连接；拉力传感器3用于设于缆绳2的靠近系留气球1的一端上，拉力传感器3能够检测缆绳2上的拉力；A/D转换器芯片4用于与拉力传感器3通信连接，A/D转换器芯片4能够将拉力传感器3输出的模拟信号转换成数字信号；ATK-IMU901角度传感器5用于设于缆绳2的靠近系留气球1的一端上；ARM处理器6用于与A/D转换器芯片4以及ATK-IMU901角度传感器5通信连接，ARM处理器6能够接收A/D转换器芯片4以及ATK-IMU901角度传感器5输出的信息；通信模块用于与ARM处理器6以及地面处理设备9通信连接，通信模块能够将ARM处理器6上的信息发送至地面处理设备9；电源模块8用于与拉力传感器3、A/D转换器芯片4、ATK-IMU901角度传感器5、ARM处理器6以及通信模块电连接，且电源模块8能够为拉力传感器3、A/D转换器芯片4、ATK-IMU901角度传感器5、ARM处理器6以及通信模块供电。
本实用新型提供的风能测量系统，设置系留气球1漂浮在空中，在空中系留气球1受到风的作用力，会使系留气球1的三维加速度、三维姿态角和缆绳2上的拉力发生变化，通过设置拉力传感器3以及A/D转换器芯片4以获取缆绳2上的拉力数据，通过设置ATK-IMU901角度传感器5以获取系留气球1随风速变化的三维加速度、三维磁场、三维姿态角、三维角速度以及气压的数据，从而通过地面处理设备9上的数据处理模型测量及预测出当前高空环境下的风速和风向，相比于传统测风装置，本实用新型提供的风能测量系统结构简单，制造成本更低，并且在使用过后可以对整套装置进行快速回收以便循环使用，使用更加灵活；其中，ATK-IMU901角度传感器5是一种串口可直接输出角度姿态值的新型角度测量模块，输出的数据只需要通过外接MCU解析即可，避免因复杂计算造成误差，提高测量及预测精度；作为本实施例的一种较为优选的实施方式，系留气球1为球形氦气球，使得不管系留气球1处于何种姿态，迎风面积始终为固定的常数，降低计算难度，并且氦气无污染无公害，能够有效地避免系留气球1漏气造成环境污染；在本实施例中，地面处理设备9采用电脑，主要借助图形化软件LabVIEW完成数据的显示与存储功能，并在电脑中提前导入风速风向的计算测量公式，便可以根据ARM处理器6传回的运动状态信息和气象要素信息来实现风速风向的测量，当电脑接收数据成功时，会将采集到的数据自动存储至固定文件夹中，然后调用WTD-LSTM模型进行风速的预测，最终便可以完成对风速风向的实时测量及预测。
进一步的，本实用新型提供的风能测量系统还包括地面绞盘10，缆绳2远离系留气球1的一端用于固定设于地面绞盘10上，缆绳2用于缠绕于地面绞盘10上，以便于完成对系留气球1的收放，防止因风力过大导致系留气球1及缆绳2脱离控制。
进一步的，缆绳2包括主缆绳11以及至少一个分支缆绳12，各分支缆绳12的一端用于固定设于系留气球1上，各分支缆绳12的另一端用于与拉力传感器3的一端固定连接，拉力传感器3的另一端用于与主缆绳11的一端固定连接，主缆绳11的另一端用于固定设于地面上，结构简单，便于安装，在本实施例中，分支缆绳12的数量设置为四个，且四个分支缆绳12对称地布设在系留气球1与拉力传感器3之间，便于提升对系留气球1的约束能力。
进一步的，本实用新型提供的风能测量系统还包括容纳盒13，容纳盒13用于固定设于缆绳2的靠近系留气球1的一端上，A/D转换器芯片4、ATK-IMU901角度传感器5、ARM处理器6以及通信模块均用于置于容纳盒13内，结构简单，便于安装，并且容纳盒13对于其内容纳的元器件具有一定的保护功能，能够有效地避免A/D转换器芯片4、ATK-IMU901角度传感器5、ARM处理器6以及通信模块等遭受飞鸟等外界环境因素干扰甚至破坏。
作为本实施例的一种较为优选的实施方式，电源模块8用于置于容纳盒13内，并且所有的工作电源均由12V输入电源转换获得，电源的获取方式可以通过容纳盒13内携带锂电池等蓄电池获得，作为本实施例可选的实施方式，也可以外加一根足够长的轻质电源线附着在缆绳2上实现自地面电源向高空中的容纳盒13内容纳的元器件供电。
进一步的，本实用新型提供的风能测量系统还包括拉力传感器接口14，拉力传感器接口14用于固定设于容纳盒13上，拉力传感器接口14用于与拉力传感器3以及A/D转换器芯片4通信连接，以便于实现快速准确地连接。
作为本实施例的一种较为优选的实施方式，A/D转换器芯片4为HX711模块，精度较高。
作为本实施例的一种较为优选的实施方式，ARM处理器6为STM32微控制器，在本实施例中，采用的是低功耗的基础型STM32F103RCT6作为主控芯片，以适用于系留气球1的长时间运行，并且该芯片自带多种通信接口，更易于灵活应用。
作为本实施例的一种较为优选的实施方式，通信模块包括LoRa发射模块7以及LoRa接收模块15，LoRa发射模块7用于置于ARM处理器6处，LoRa接收模块15用于置于地面处理设备9处，ARM处理器6用于与LoRa发射模块7通信连接，LoRa发射模块7用于与LoRa接收模块15通信连接，LoRa接收模块15用于与地面处理设备9通信连接，传输速度较快，有效传输距离较远，并且有较强的抗干扰能力。
作为本实施例的一种较为优选的实施方式，拉力传感器3为ZNLBS-V1微小拉压力传感器，可实现对缆绳2上的拉力的精确测量。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种风能测量系统，其特征在于：包括系留气球、缆绳、拉力传感器、A/D转换器芯片、ATK-IMU901角度传感器、ARM处理器、通信模块、电源模块以及地面处理设备；所述系留气球用于漂浮于空中；所述缆绳的一端用于固定设于地面上，所述缆绳的另一端用于与所述系留气球固定连接；所述拉力传感器用于设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上，所述拉力传感器能够检测所述缆绳上的拉力；所述A/D转换器芯片用于与所述拉力传感器通信连接，所述A/D转换器芯片能够将所述拉力传感器输出的模拟信号转换成数字信号；所述ATK-IMU901角度传感器用于设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上；所述ARM处理器用于与所述A/D转换器芯片以及所述ATK-IMU901角度传感器通信连接，所述ARM处理器能够接收所述A/D转换器芯片以及所述ATK-IMU901角度传感器输出的信息；所述通信模块用于与所述ARM处理器以及所述地面处理设备通信连接，所述通信模块能够将所述ARM处理器上的信息发送至所述地面处理设备；所述电源模块用于与所述拉力传感器、所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块电连接，且所述电源模块能够为所述拉力传感器、所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块供电。
2.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：还包括地面绞盘，所述缆绳远离所述系留气球的一端用于固定设于所述地面绞盘上，所述缆绳用于缠绕于所述地面绞盘上。
3.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：所述缆绳包括主缆绳以及至少一个分支缆绳，各所述分支缆绳的一端用于固定设于所述系留气球上，各所述分支缆绳的另一端用于与所述拉力传感器的一端固定连接，所述拉力传感器的另一端用于与所述主缆绳的一端固定连接，所述主缆绳的另一端用于固定设于地面上。
4.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：还包括容纳盒，所述容纳盒用于固定设于所述缆绳的靠近所述系留气球的一端上，所述A/D转换器芯片、所述ATK-IMU901角度传感器、所述ARM处理器以及所述通信模块均用于置于所述容纳盒内。
5.根据权利要求4所述的风能测量系统，其特征在于：所述电源模块用于置于所述容纳盒内。
6.根据权利要求5所述的风能测量系统，其特征在于：还包括拉力传感器接口，所述拉力传感器接口用于固定设于所述容纳盒上，所述拉力传感器接口用于与所述拉力传感器以及所述A/D转换器芯片通信连接。
7.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：所述A/D转换器芯片为HX711模块。
8.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：所述ARM处理器为STM32微控制器。
9.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：所述通信模块包括LoRa发射模块以及LoRa接收模块，所述LoRa发射模块用于置于所述ARM处理器处，所述LoRa接收模块用于置于所述地面处理设备处；所述ARM处理器用于与所述LoRa发射模块通信连接，所述LoRa发射模块用于与所述LoRa接收模块通信连接，所述LoRa接收模块用于与所述地面处理设备通信连接。
10.根据权利要求1所述的风能测量系统，其特征在于：所述拉力传感器为ZNLBS-V1微小拉压力传感器。
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