基於zigbee技術的風功率預測系統的製作方法
2023-09-22 07:36:25 1
基於zigbee技術的風功率預測系統的製作方法
【專利摘要】基於zigbee技術的風功率預測系統，涉及風功率的預測領域，解決了現有風功率預測系統存在的易損壞且數據採集不可靠的問題，包括供電系統；與供電系統相連並分別安裝在風塔上的六個結構相同的風向傳感器和六個結構相同的風速傳感器，六個風向傳感器和六個風速傳感器按照由低到高分別位於風塔的第一層至第六層，每一層包括一個風向傳感器和一個風速傳感器；與供電系統相連並與所有風向傳感器和風速傳感器均通過zigbee無線數據通訊網絡連接的地面數據接收系統。本實用新型中一個傳感器故障不會對其他的傳感器造成影響，電源隔離模塊保護傳感器和地面數據接收系統不受雷擊浪湧的破壞，提高了整個風功率預測系統的可靠性和工作時間。
【專利說明】基於zigbee技術的風功率預測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風功率的預測【技術領域】，具體涉及一種基於zigbee技術的風功率預測系統。
【背景技術】
[0002]目前，風功率預測系統中採用風向傳感器和風速傳感器測量風向和風速，風向傳感器和風速傳感器一般通過RS-485方式與地面接收系統相連接，如果有一個傳感器的RS-485接口短路損壞，那麼RS-485總線上其他的傳感器也不能與地面接收系統通信，採集不到任何的風向和風速數據信息；風功率預測系統一般安裝在遠離市區的郊區，為風能發電做前期準備，由於遠離市區的郊區環境一般無人值守，並且風功率預測系統需要安裝在100米高的鐵塔上，周圍最高的建築物就是鐵塔本身，夏季遇到雷雨季節時，雷電有很大的概率通過鐵塔對地放電，這樣鐵塔上的傳感器很容易遭到雷擊，一旦雷擊之後，將無法採集到任何有效的風向和風速數據信息，損壞之後必須重新安裝各風向傳感器和風速傳感器重新建立風功率預測系統，費時費力。
實用新型內容
[0003]為了解決現有的風功率預測系統存在的易損壞且數據採集不可靠的問題，本實用新型提供一種基於zigbee技術的風功率預測系統。
[0004]本實用新型為解決技術問題所採用的技術方案如下:
[0005]基於zigbee技術的風功率預測系統，包括:
[0006]供電系統；
[0007]與所述供電系統相連並分別安裝在風塔上的六個結構相同的風向傳感器和六個結構相同的風速傳感器，所述六個風向傳感器和六個風速傳感器按照由低到高分別位於風塔的第一層至第六層，每一層包括一個風向傳感器和一個風速傳感器；
[0008]與所述供電系統相連的地面數據接收系統，所述地面數據接收系統與所有風向傳感器和風速傳感器之間均通過zigbee無線數據通訊網絡連接並進行無線數據通訊。
[0009]所述地面數據接收系統包括與所述供電系統相連的第三電源隔離模塊，與所述第三電源隔離模塊相連的第三中央數據處理模塊和第三zigbee無線數據收發模塊；所述第三中央數據處理模塊與第三zigbee無線數據收發模塊相連，所述第三電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到地面數據接收系統中的第三中央數據處理模塊和第三zigbee無線數據收發模塊。
[0010]所述第三中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第三zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第三電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2晶片。
[0011]所述風向傳感器包括與所述供電系統相連的第一電源隔離模塊，與所述第一電源隔離模塊相連的風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊和第一 zigbee無線數據收發模塊；所述第一中央數據處理模塊分別與風向傳感模塊和第一 zigbee無線數據收發模塊相連，所述第一電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到風向傳感器中的風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊和第一 zigbee無線數據收發模塊；
[0012]所述風向傳感模塊將實際的風向轉換為七位格雷碼信號，第一中央數據處理模塊採集七位格雷碼信號並將其轉換為實際的風向數據，第一 zigbee無線數據收發模塊將實際的風向數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊，第三zigbee無線數據收發模塊對其進行解析，第三中央數據處理模塊採集解析後的實際的風向數據並對其進行處理和分析。
[0013]所述風向傳感模塊採用EC9-1型風向傳感器；所述第一中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第一 zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第一電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2晶片。
[0014]所述風速傳感器包括與所述供電系統相連的第二電源隔離模塊，與所述第二電源隔離模塊相連的風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊；所述第二中央數據處理模塊分別與風速傳感模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊相連，所述第二電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到風速傳感器中的風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊;;
[0015]所述風速傳感模塊將實際的風速轉換為頻率信號，第二中央數據處理模塊採集頻率信號並將其轉換為實際的風速數據，第二 zigbee無線數據收發模塊將實際的風速數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊,第三zigbee無線數據收發模塊對其進行解析，第三中央數據處理模塊採集解析後的實際的風速數據並對其進行處理和分析。
[0016]所述風速傳感模塊採用EC9-1型風速傳感器；所述第二中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第二 zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第二電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2晶片。
[0017]所述供電系統為太陽能發電系統，由太陽能電池板、與所述太陽能電池板電連接的太陽能充電控制器，與所述太陽能充電控制器電連接的蓄電池構成。
[0018]本實用新型的有益效果如下:
[0019]1、本實用新型中，風向傳感器和風速傳感器與地面數據接收系統均通過zigbee無線數據通訊網絡連接並進行無線數據通訊，這種採用zigbee無線數據通訊模塊進行無線通訊的方式使得各傳感器之間沒有任何聯繫，傳遞的是信息，而不是能量，各個傳感器之間不會相互幹擾，一個傳感器故障也不會對其他的傳感器造成影響，提高了整個風功率預測系統的可靠性；
[0020]2、本實用新型採用zigbee無線數據收發模塊配合電源隔離模塊，保護風向傳感器、風速傳感器和地面數據接收系統不受雷擊浪湧的破壞，提高風功率預測系統的工作時間與可靠性，延長了風功率預測系統的使用壽命。
[0021]3、本實用新型中，可以根據需要採集對應不同高度以及不同時間的風向傳感器和風速傳感器的數據信息。
【專利附圖】
【附圖說明】[0022]圖1為本實用新型的基於zigbee技術的風功率預測系統的結構示意圖；
[0023]圖2為地面數據接收系統的結構示意圖；
[0024]圖3為風向傳感器的結構示意圖；
[0025]圖4為風速傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0027]如圖1所示，本實用新型的基於zigbee技術的風功率預測系統，由六層風向傳感器、六層風速傳感器、地面數據接收系統和供電系統組成，六層風向傳感器、六層風速傳感器和地面數據接收系統均與供電系統通過電纜線相連，六層風向傳感器和六層風速傳感器均安裝在風塔上，風向傳感器和風速傳感器與地面數據接收系統之間通過zigbee無線數據通訊網絡連接並進行無線數據通訊。
[0028]六層風向傳感器包括六個結構完全相同的風向傳感器，分別為第一層風向傳感器、第二層風向傳感器、第三層風向傳感器、第四層風向傳感器、第五層風向傳感器和第六層風向傳感器，這六個風向傳感器的結構完全相同；六層風速傳感器包括六個結構完全相同的風速傳感器，分別為第一層風速傳感器、第二層風速傳感器、第三層風速傳感器、第四層風速傳感器、第五層風速傳感器和第六層風速傳感器，這六個風速傳感器的結構完全相同；第一層風向傳感器與第一層風速傳感器位於整個風傳感器的第一層，第二層風向傳感器與第二層風速傳感器位於整個風傳感器的第二層，第三層風向傳感器與第三層風速傳感器位於整個風傳感器的第三層，第四層風向傳感器與第四層風速傳感器位於整個風傳感器的第四層，第五層風向傳感器與第五層風速傳感器位於整個風傳感器的第五層，第六層風向傳感器與第六層風速傳感器位於整個風傳感器的第六層，按照第一層、第二層、第三層、第四層、第五層和第六層的順序由低到高將這十二個傳感器安裝到風塔上。
[0029]如圖2所示，地面數據接收系統由第三中央數據處理模塊、第三zigbee無線數據收發模塊和第三電源隔離模塊組成，第三中央數據處理模塊與第三zigbee無線數據收發模塊通過電纜線相連，第三電源隔離模塊分別與第三中央數據處理模塊、第三zigbee無線數據收發模塊和供電系統通過電纜線相連。
[0030]如圖3所示，風向傳感器由風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊、第一 zigbee無線數據收發模塊和第一電源隔離模塊組成，風向傳感模塊與第一中央數據處理模塊通過電纜線相連，第一中央數據處理模塊與第一 zigbee無線數據收發模塊通過電纜線相連，第一電源隔離模塊分別與風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊、第一 zigbee無線數據收發模塊和供電系統通過電纜線相連，風向傳感器中的第一 zigbee無線數據收發模塊與地面數據接收系統中的第三zigbee無線數據收發模塊通過zigbee無線數據通訊網絡進行無線數據通信；
[0031]風向傳感模塊將實際的風向轉換為七位格雷碼信號發送給第一中央數據處理模塊，第一中央數據處理模塊採集七位格雷碼信號並將其轉換為實際的風向數據發送給第一zigbee無線數據收發模塊,第一 zigbee無線數據收發模塊將實際的風向數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊，第三zigbee無線數據收發模塊將實際的風向數據解析之後發送給第三中央數據處理模塊，第三中央數據處理模塊採集實際的風向數據並對其進行處理和分析。
[0032]如圖4所示，風速傳感器由風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊、第二 zigbee無線數據收發模塊和第二電源隔離模塊組成，風速傳感模塊與第二中央數據處理模塊通過電纜線相連，第二中央數據處理模塊與第二 zigbee無線數據收發模塊通過電纜線相連，第二電源隔離模塊分別與風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊、第二 zigbee無線數據收發模塊和供電系統通過電纜線相連，風速傳感器中的第二 zigbee無線數據收發模塊與地面數據接收系統中的第三zigbee無線數據收發模塊通過zigbee無線數據通訊網絡進行無線數據通信；
[0033]風速傳感模塊將實際的風速轉換為頻率信號發送給第二中央數據處理模塊，第二中央數據處理模塊採集頻率信號並將其轉換為實際的風速數據發送給第二 zigbee無線數據收發模塊，第二 zigbee無線數據收發模塊將實際的風速數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊，第三zigbee無線數據收發模塊將實際的風速數據解析之後發送給第三中央數據處理模塊，第三中央數據處理模塊採集實際的風速數據並對其進行處理和分析。
[0034]本實施方式中，風向傳感模塊採用EC9-1型風向傳感器。
[0035]本實施方式中，風速傳感模塊採用EC9-1型風速傳感器。
[0036]本實施方式中，第一中央數據處理模塊、第二中央數據處理模塊和第三中央數據處理模塊均採用STM32F103RET6晶片，其每一個IO 口都帶有瞬變二極體，可以承受12V的電壓，增強了中央數據處理模塊的抗雷擊浪湧的能力。
[0037]本實施方式中,第一 zigbee無線數據收發模塊、第二 zigbee無線數據收發模塊和第三zigbee無線數據收發模塊均採用MC13213晶片，是2.4G的無線收發模塊,把zigbee無線通信協議編入其中，可以實現無線數據通信。
[0038]本實施方式中，第一電源隔離模塊、第二電源隔離模塊和第三電源隔離模塊均為DC-DC變換模塊，第一電源隔離模塊將地面數據接收系統的供電與風向傳感器的供電相隔離，保護風向傳感器中其他的模塊供電電壓在正常的範圍內；第二電源隔離模塊將地面數據接收系統的供電與風速傳感器的供電相隔離，保護風速傳感器中其他的模塊供電電壓在正常的範圍內；第三電源隔離模塊將風向傳感器和風速傳感器的供電與地面數據接收系統的供電相隔離，保護地面數據接收系統中其他的模塊供電電壓在正常的範圍內。
[0039]本實施方式中，第一電源隔離模塊、第二電源隔離模塊和第三電源隔離模塊均採用B1212XT-W2R2晶片，該晶片抗靜電達8000V，可持續短路保護，帶自恢復功能。
[0040]本實施方式中，供電系統採用太陽能發電系統，由太陽能電池板、太陽能充電控制器和蓄電池組成，太陽能充電控制器分別與太陽能電池板和蓄電池電連接，太陽能電池板的型號為YL40P-17B，太陽能充電控制器的型號為S0LSUM6.6B，蓄電池的型號為LC-P12100ST ;供電系統輸出12V電源給第一電源隔離模塊、第二電源隔離模塊和第三電源隔離模塊，第一電源隔離模塊、第二電源隔離模塊和第三電源隔離模塊將輸入的12V電源DC-DC變換為12V，第一電源隔離模塊和第二電源隔離模塊將這12V電源分別輸入到各自所在的風向傳感器和風速傳感器中的其他模塊，第三電源隔離模塊將這12V電源輸入到地面數據接收系統中的其他模塊。
【權利要求】
1.基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，包括: 供電系統； 與所述供電系統相連並分別安裝在風塔上的六個結構相同的風向傳感器和六個結構相同的風速傳感器，所述六個風向傳感器和六個風速傳感器按照由低到高分別位於風塔的第一層至第六層，每一層包括一個風向傳感器和一個風速傳感器； 與所述供電系統相連的地面數據接收系統，所述地面數據接收系統與所有風向傳感器和風速傳感器之間均通過zigbee無線數據通訊網絡連接並進行無線數據通訊。
2.根據權利要求1所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述地面數據接收系統包括與所述供電系統相連的第三電源隔離模塊，與所述第三電源隔離模塊相連的第三中央數據處理模塊和第三zigbee無線數據收發模塊；所述第三中央數據處理模塊與第三zigbee無線數據收發模塊相連，所述第三電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到地面數據接收系統中的第三中央數據處理模塊和第三zigbee無線數據收發模塊。
3.根據權利要求2所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述第三中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第三zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第三電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2晶片。
4.根據權利要求2所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述風向傳感器包括與所述供電系統相連的第一電源隔離模塊，與所述第一電源隔離模塊相連的風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊和第一 zigbee無線數據收發模塊；所述第一中央數據處理模塊分別與風向傳感模 塊和第一 zigbee無線數據收發模塊相連，所述第一電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到風向傳感器中的風向傳感模塊、第一中央數據處理模塊和第一 zigbee無線數據收發模塊； 所述風向傳感模塊將實際的風向轉換為七位格雷碼信號，第一中央數據處理模塊採集七位格雷碼信號並將其轉換為實際的風向數據，第一 zigbee無線數據收發模塊將實際的風向數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊，第三zigbee無線數據收發模塊對其進行解析，第三中央數據處理模塊採集解析後的實際的風向數據並對其進行處理和分析。
5.根據權利要求4所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述風向傳感模塊採用EC9-1型風向傳感器；所述第一中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第一 zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第一電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2 晶片。
6.根據權利要求2所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述風速傳感器包括與所述供電系統相連的第二電源隔離模塊，與所述第二電源隔離模塊相連的風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊；所述第二中央數據處理模塊分別與風速傳感模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊相連，所述第二電源隔離模塊接收所述供電系統輸出的12VDC-DC電源並將其變換為12V輸入到風速傳感器中的風速傳感模塊、第二中央數據處理模塊和第二 zigbee無線數據收發模塊； 所述風速傳感模塊將實際的風速轉換為頻率信號，第二中央數據處理模塊採集頻率信號並將其轉換為實際的風速數據，第二 zigbee無線數據收發模塊將實際的風速數據通過zigbee無線數據通訊網絡發送給第三zigbee無線數據收發模塊,第三zigbee無線數據收發模塊對其進行解析，第三中央數據處理模塊採集解析後的實際的風速數據並對其進行處理和分析。
7.根據權利要求6所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述風速傳感模塊採用EC9-1型風速傳感器；所述第二中央數據處理模塊採用STM32F103RET6晶片；所述第二 zigbee無線數據收發模塊採用MC13213晶片；所述第二電源隔離模塊採用B1212XT-W2R2 晶片。
8.根據權利要求1所述的基於zigbee技術的風功率預測系統，其特徵在於，所述供電系統為太陽能發電系統，由太陽能電池板、與所述太陽能電池板電連接的太陽能充電控制器，與所述太陽能充電控制器電連接的蓄電池構成。
【文檔編號】H04W84/18GK203480676SQ201320532907
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】王昆鵬, 楊柳 申請人:長春氣象儀器研究所有限責任公司