专利名称：风电场无线气象数据监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气象数据监测装置。具体涉及风电场无线气象数据监测装置。
背景技术：
目前，现有的风电场气象监测装置按工作原理的不同分为机械式、动压式、超声式和热式四种。一、机械式以风杯式和风轮式为主，由于转轮是可动元件，机械摩擦、泥沙灰尘堆积等因素使仪器的可靠性不高，误差较大；二、动压式以毕托管为主，在测量微小的风速时，误差较大；三、超声波风速仪精度虽高，但价格昂贵；四、热式风速仪主要有热线式，在气体检测领域应用较多，但价格昂贵。因而应用受到限制的问题。

发明内容
本发明为了解决现有监测装置可靠性不高，误差较大，价格昂贵的问题，提供了一种风电场无线气象数据监测装置，解决上述问题的具体技术方案如下本发明的风电场无线气象数据监测装置，由数据采集模块、ZigBee无线传输模块和数据处理模块组成，数据采集模块与ZigBee无线传输模块的一端连接，ZigBee无线传输模块的另一端与数据处理模块连接；所述的数据采集模块由数据采集MCU、信号调理电路、风向传感器、风速传感器、温度传感器、湿度传感器和电源构成，风向传感器、风速传感器和湿度传感器的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与数据采集MCU连接，温度传感器的输出端与数据采集MCU连接，电源与MCU、信号调理电路和传感器连接；所述的ZigBee无线传输模块，由两个RF收发器组成，一个与数据采集MCU连接， 另一个与数据处理MCU连接，对数据进行无线传输；所述的数据处理模块由数据处理MCU、实时时钟、按键、IXD数据显示和SD存储卡构成，数据处理MCU设有外部设备接口，与实时时钟、按键、IXD显示器和SD存储卡连接，实时时钟、IXD数据显示和SD存储卡与电源连接。本发明的风电场无线气象数据监测装置吸取了热膜式风传感器的优点，使得气象数据检测装置具有以下特点一、采用超低功耗MCU使得装置的功耗低，数据采集模块仅用两节干电池供电；二、采用热膜风传感器使得监测装置的精度高，成本低，耐用性好，适应环境能力强，适用温度范围广；三、采用Zigbee无线传输模块解决了装置的有线传输问题，缩小了装置的体积，减轻了质量，节约前期风资源评估成本和人力投入；四、可集成于集群监控装置中；五、实时时钟的使用，便于对接收到的气象数据进行时间上的标定；六、按键的使用，便于对待测量采集时间的位操作，装置复位等；七、采用SD存储卡便于PC机读取数据；另外，本装置采用模块化设计，便于以后装置功能的扩展，灵活方便，具有较宽的应用领域。


图1是本发明的原理框图，图2是装置数据采集模块原理框图，图3为装置Zigbee 无线传输模块接口图，图4为装置数据处理模块框图，图5按键示意图，图6为气象数据监测装置数据采集程序流程图，图7气象数据监测装置数据处理程序流程。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1、图2、图3、图4、图5描述本实施方式。本实施方式由数据采集模块、ZigBee无线传输模块和数据处理模块组成，数据采集模块与ZigBee无线传输模块的一端连接，ZigBee无线传输模块的另一端与数据处理模块连接，进行数据传输； 所述的数据采集模块由数据采集MCU (数据采集MCU的型号为MSP430F2618)、风向传感器、 风速传感器、温度传感器、湿度传感器和电源构成，风向传感器、风速传感器(风向传感器、 风速传感器采用热膜风传感器)和湿度传感器(湿度传感器采用HS 1101高分子电容式湿度传感器)的输出端与调理电路的输入端连接，信号调理电路(信号调理电路采用0P07 型号芯片)的输出端与MCU的A/D转换器的输入端连接，由MCU通过ZigBee无线传输模块发送出去，温度传感器(温度传感器采用DS 18B20型号温度传感器)的输出端与数据采集MCU的输入端连接，电源为两节干电池，电源与MCU、信号调理电路和传感器连接；所述的 ZigBee无线传输模块，由两个RF收发器组成，两个RF收发器采用型号为CC2520的芯片， 一个与数据采集MCU连接，另一个与数据处理MCU连接，对数据进行无线传输；所述的数据处理模块设有数据处理MCU(数据处理MCU的型号为MSP430F2618)、实时时钟、按键、IXD数据显示和SD存储卡，数据处理MCU设有外部设备接口，并支持USART和1 模式，与实时时钟、按键、IXD显示器和SD存储卡连接，实时时钟(时钟芯片型号为DS3231)、！XD数据显示和SD存储卡与电源连接。
具体实施方式
二结合图1、图5描述本实施方式。本实施方式的按键为5个，分别是〈设置/完成〉、〈选位〉、〈加一〉、〈减一 > 和 < 复位 > 键，对应的功能是进入设置状态、选择设置采集时间的位、对选择的位进行加一操作、减一操作和系统复位。
具体实施方式
三结合图1、图4描述本实施方式。本实施方式的实时时钟是用来对每次接收到的气象数据进行时间上的标定，获取数据处理时的时间。MCU与实时时钟采用 I2C通信方式。
具体实施方式
四结合图1、图4描述本实施方式。本实施方式SD存储卡是用来存储采集到的数据信息；并采用SPI模式对它进行读写，为了方便PC机对SD存储卡数据的读取，在SD存储卡中建立了 FAT16文件系统。
具体实施方式
五结合图1、图3描述本实施方式。本实施方式的ZigBee支持星形(star)、树状(tree)和网状(mesh)三种网络拓扑结构，它由协调器(Coordinator)、路由器(Router)和终端设备(End Device)构成，协调器用于网络的启动和配置，负责网络的正常工作以及保持同其它设备的通信，一个ZigBee网络只能有一个协调器；路由器是一种支持关联的设备，能够将消息转发到其它设备；终端设备可以执行它的相关功能，并使用 ZigBee网络到达其它设备。本装置中数据采集模块作为终端设备，数据处理模块作为协调
οZigBee是一种短距离、低功耗、低复杂度的无线通信技术标准，它有3个工作频段，分别为868MHz，915MHz和2. 4GHz，其中2. 4GHz频段采用16相调制技术，能够提供250Kb/s的传输速率。RF收发器采用TI公司的第二代ZigBee芯片CC2520，用于2. 4GHz 的ISM频段，它具有较高的发射功率和接收灵敏度，功耗极低，工作温度高达125°C。此外， CC2520支持帧处理，数据缓冲，突发传输，数据加密，数据鉴权，空闲频道检测，连接质量指示以及帧定时信息等，从而降低了主控制器的加载。MSP430M618与CC2520采用SPI通信方式，接口如图3所示。其工作过程是传感器信号经信号调理电路调理后进入MCU的A/D转换器处理后， 由MCU通过ZigBee无线传输模块发送给数据处理程序模块，存入SD卡，完成数据的采集、 处理过程。软件部分主要由数据采集程序模块和数据处理程序模块构成，单片机程序移植了 TI公司的ZigBee协议栈(ZItack)。Z-Stack采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当没有事件发生时，装置进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒装置，开始处理事件， 结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生，判断优先级，逐次处理事件，这种软件构架可以极大地降低装置的功耗。
权利要求
1.风电场无线气象数据监测装置，它由数据采集模块、ZigBee无线传输模块和数据处理模块组成，其特征在于数据采集模块与ZigBee无线传输模块的一端连接，ZigBee无线传输模块的另一端与数据处理模块连接；所述的数据采集模块由数据采集MCU、信号调理电路、风向传感器、风速传感器、温度传感器、湿度传感器和电源构成，风向传感器、风速传感器和湿度传感器的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与数据采集MCU连接，温度传感器的输出端与数据采集MCU连接，电源与MCU、信号调理电路和传感器连接；所述的ZigBee无线传输模块，由两个RF收发器组成，一个与数据采集MCU连接，另一个与数据处理MCU连接；所述的数据处理模块由数据处理MCU、实时时钟、按键、IXD数据显示和SD存储卡构成，数据处理MCU设有外部设备接口，与实时时钟、按键、LCD显示器和SD 存储卡连接，实时时钟、IXD数据显示和SD存储卡与电源连接。
2.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于所述的按键为5 个，分别为设置/完成、选位、加一、减一和复位键。
3.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于数据采集MCU和数据处理MCU采用MSP430M618型号的微控制器。
4.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于实时时钟采用 DS3231型号芯片。
5.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于两个RF收发器均采用CC2520型号芯片。
6.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于风向传感器、风速传感器采用热膜风传感器。
7.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于信号调理电路采用0P07型号芯片。
8.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于数据采集模块电源采用两节干电池。
9.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于温度传感器采用 DS18B20型号温度传感器。
10.根据权利要求1所述的风电场无线气象数据监测装置，其特征在于湿度传感器采用HSllOl高分子电容式湿度传感器。
全文摘要
风电场无线气象数据监测装置，它涉及气象数据监测装置，它解决了监测装置可靠性不高，误差大，价格昂贵的问题。本发明的数据采集模块采集输出的数据经ZigBee无线传输模块传输给数据处理模块。本发明的优点，采用超低功耗MCU使得装置的功耗很低；采用热膜风传感器使得装置的精度高，成本低，耐用性好，适应环境能力强，应用温度范围广；采用Zigbee无线传输模块解决了装置的有线传输问题，缩小了装置的体积，减轻了质量，节约前期风资源评估成本和人力投入。
文档编号G01W1/02GK102270382SQ201110101760
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者丁喜波, 于春雨, 刘新华, 孙永全 申请人:哈尔滨理工大学