跟踪风向的风力发电系统设计(附件)【字数：9643】
摘 要跟踪风向的风力发电系统利用风向传感器检测风向，通过风速传感器检测塔体周围360度风速的大小，将采集到的信息实时的反馈给控制器从而形成闭环控制系统。以STM32为核心的单片机通过所收集的反馈信息与预期输入比较后控制塔柱内异步电机带动减速装置使得机舱旋转动一个角位移是风轮机舱达到风速最大风向点。同时驱动锁死机构动作，保证机舱相对固定，达到最大面积的迎风发电。本文不仅介绍风力发电系统的基本组成部分，而且着重针对塔柱部分设计了一套准确跟踪风向达到最大化迎风发电的机械系统，还设计出了风力发电系统所需的硬件电路主控板以及前放电路板。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题概述 1
1.2 风力发电现状的研究 1
1.3 风力发电系统研究的目的与意义 1
第二章 总体设计 3
2.1机械结构总体设计 3
2.2重要机械结构 6
第三章 控制系统设计 9
3.1 控制器方案论述 10
3.2 控制器芯片选择 10
3.3开发板硬件设计 12
3.3.1 时钟电路 13
3.3.2 复位电路 14
3.3.3 电源电路 14
3.3.4 串口通信电路 16
3.3.5外置看门狗 16
3.3.6制作PCB 17
3.3.7光绘文件 18
3.3.8主控板调试 19
第四章 传感与检测 20
4.1传感器选择 20
4.2前放电路的PCB及电路板 21
第五章 软件设计 23
5.1 Keil uVision5的使用 23
5.2流程图设计 23
5.3主程序设计 24
结束语 30
致 谢 31
附录一 32
附录二 34
第一章 绪论
1.1 课题概述
风力发电系统是一个集计算机技术、传感器技术、通信技术、自动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
控制等技术来实现环境感知、规划决策、自动跟踪、发电为一体的高新技术的综合机电一化系统。它在我国沿海、沿江、风能优越的地区已得到了应用。风力发电系统设计涉及到了电子学、通信、力学、控制、机械学、电工学等多方面知识，能体现出学生的设计能力、考虑问题的综合能力。本文主要研究主要研究风力发电系统的风向跟踪性能，包括跟踪风向的传动装置、控制装置、传感装置、检测装置，对于风力发电系统中涉及其他不可或缺的部分，本文将略微叙述，不做重点论述。
1.2 风力发电现状的研究
风是人常见的自然现象，它是在地球旋转和太阳辐射热中形成的，引起空气循环的自然流动现象，空气流动是有动能，我们以前称之为风能。所谓的风能利用是将空气转化为其他形式的能源，风力是风能的一种手段。 1500年前，中国农民将用风来驱动厂房，抽灌，抽太阳盐;而在13世纪中期西部风力发电机的出现，荷兰风车最着名; 1888年的charies.l.brush使第一台风力发电机诞生，风力发电机实现了电气控制，但仍然局限于模拟电子部件。到20世纪80年代中期，计算机技术在控制领域的发展和应用，已经有了大量基于微处理器的风力发电机功率控制系统。 20世纪90年代，随着微处理器在工业控制数据采集，信号处理，电力电子等领域的广泛应用，风电机组的电气控制系统通常由单片机，单片机或可编程控制器的微机控制。
1.3 风力发电系统研究的目的与意义
本设计主要目的是解决华中、华东、华南地区，弱风速，低风力的风能有效采集和转化利用。因为现代风力发电系统主要是针对风速大于6.7m/s，风车高度要达到10m左右的风力发电系统。这种风力发电系统也大多数用于风速较高，风力强劲的西北、东北、东南沿海、沿江或人口较少的高风速偏远地区。这种带有地域局限性与风速要求苛刻性的发电系统虽然得到了利用，并且也取得了很好的效果。但是其发电量及提供的电能仍然不能满足人们大量需求。对于绝大多数地区，如华中、华东、华南风力较弱，风速较慢的微风、低速地区，这种现代的风力发电系统明显显得捉襟见肘。所以，为解决对于绝大多数地区低风速，弱风力、尤其是贫困无法输电的低风速区域要利用这种可靠的清洁能源问题提供了有效可行的方案；
另一方面，现代风力发电系统缺少智能化、效率化、人性化。而为了有效的获取风能，现在风力发电系统是以叶片轻薄取胜，从而使得风轮机叶片很长，加大了发电机，加大了发电塔体。这不仅增加了运输困难，也增加了经济成本。故此设计风力发电系统会跟随风的流向而自动调节叶片方向，能够在风速高于3.4m/s的微风时后，风轮机就已经能够自己旋转并且发电机开始发电进行能量的储存。只要某一方向风速超过3.4m/s，并且持续时间为1min，风轮机叶片便会自动旋转某个角度，让其叶片对准该风向达到最大程度化的迎风发电。
跟踪风向的风力发电系统能够大大的提高电能，并且风能是国际公认的可再生能源。它具有取之不尽用之不竭的特点。在所有新能源、可再生能源中利用风力发电是得到广泛推广的，其优点如下：
1满足能源供应
2改善中国以煤为主的能源结构
3减少温室气体排放
4促进地区经济特别是西部地区的发展
所以发展风力发电对于保护生态环境、保障能源安全、改善能源结构以及可持续发展等方面有着不可或缺的重要意义。
第二章 总体设计
2.1机械结构总体设计
在如今的时代科学技术是我们的第一生产力，各类行业的发展都离不开科学技术，其中风力发电技术已经渗入到了各个地方。无论是发达的沿海城市，还是相对贫困落后的西北山区。只要有风的地方，就会看见绿色节能化风车发电机。风力发电设计就是一个大力发展的方向。它将引导人类走向无污染用电的新世界。
本设计要求是跟踪风向的一种风力发电机。其在风速v>3.4m/s能够检测并且发电。最重要的是其跟踪风向实现360度无死角旋转追风。要求整个机头的旋转速度最慢要求为1min达到1转。为了达到实时性要求，风轮机头要求1r/mim2r/mim。所以，对于整个风力发电机的机舱并非为本设计的重点。本设计侧重于风力发电的塔座内部的机械结构的设计，使得塔座内部的传动机构实现带动机舱头旋转。10kw风力发电机组的机舱头重量约为600kg，其在跟风旋转时最慢为每分钟1r。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题概述 1
1.2 风力发电现状的研究 1
1.3 风力发电系统研究的目的与意义 1
第二章 总体设计 3
2.1机械结构总体设计 3
2.2重要机械结构 6
第三章 控制系统设计 9
3.1 控制器方案论述 10
3.2 控制器芯片选择 10
3.3开发板硬件设计 12
3.3.1 时钟电路 13
3.3.2 复位电路 14
3.3.3 电源电路 14
3.3.4 串口通信电路 16
3.3.5外置看门狗 16
3.3.6制作PCB 17
3.3.7光绘文件 18
3.3.8主控板调试 19
第四章 传感与检测 20
4.1传感器选择 20
4.2前放电路的PCB及电路板 21
第五章 软件设计 23
5.1 Keil uVision5的使用 23
5.2流程图设计 23
5.3主程序设计 24
结束语 30
致 谢 31
附录一 32
附录二 34
第一章 绪论
1.1 课题概述
风力发电系统是一个集计算机技术、传感器技术、通信技术、自动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
控制等技术来实现环境感知、规划决策、自动跟踪、发电为一体的高新技术的综合机电一化系统。它在我国沿海、沿江、风能优越的地区已得到了应用。风力发电系统设计涉及到了电子学、通信、力学、控制、机械学、电工学等多方面知识，能体现出学生的设计能力、考虑问题的综合能力。本文主要研究主要研究风力发电系统的风向跟踪性能，包括跟踪风向的传动装置、控制装置、传感装置、检测装置，对于风力发电系统中涉及其他不可或缺的部分，本文将略微叙述，不做重点论述。
1.2 风力发电现状的研究
风是人常见的自然现象，它是在地球旋转和太阳辐射热中形成的，引起空气循环的自然流动现象，空气流动是有动能，我们以前称之为风能。所谓的风能利用是将空气转化为其他形式的能源，风力是风能的一种手段。 1500年前，中国农民将用风来驱动厂房，抽灌，抽太阳盐;而在13世纪中期西部风力发电机的出现，荷兰风车最着名; 1888年的charies.l.brush使第一台风力发电机诞生，风力发电机实现了电气控制，但仍然局限于模拟电子部件。到20世纪80年代中期，计算机技术在控制领域的发展和应用，已经有了大量基于微处理器的风力发电机功率控制系统。 20世纪90年代，随着微处理器在工业控制数据采集，信号处理，电力电子等领域的广泛应用，风电机组的电气控制系统通常由单片机，单片机或可编程控制器的微机控制。
1.3 风力发电系统研究的目的与意义
本设计主要目的是解决华中、华东、华南地区，弱风速，低风力的风能有效采集和转化利用。因为现代风力发电系统主要是针对风速大于6.7m/s，风车高度要达到10m左右的风力发电系统。这种风力发电系统也大多数用于风速较高，风力强劲的西北、东北、东南沿海、沿江或人口较少的高风速偏远地区。这种带有地域局限性与风速要求苛刻性的发电系统虽然得到了利用，并且也取得了很好的效果。但是其发电量及提供的电能仍然不能满足人们大量需求。对于绝大多数地区，如华中、华东、华南风力较弱，风速较慢的微风、低速地区，这种现代的风力发电系统明显显得捉襟见肘。所以，为解决对于绝大多数地区低风速，弱风力、尤其是贫困无法输电的低风速区域要利用这种可靠的清洁能源问题提供了有效可行的方案；
另一方面，现代风力发电系统缺少智能化、效率化、人性化。而为了有效的获取风能，现在风力发电系统是以叶片轻薄取胜，从而使得风轮机叶片很长，加大了发电机，加大了发电塔体。这不仅增加了运输困难，也增加了经济成本。故此设计风力发电系统会跟随风的流向而自动调节叶片方向，能够在风速高于3.4m/s的微风时后，风轮机就已经能够自己旋转并且发电机开始发电进行能量的储存。只要某一方向风速超过3.4m/s，并且持续时间为1min，风轮机叶片便会自动旋转某个角度，让其叶片对准该风向达到最大程度化的迎风发电。
跟踪风向的风力发电系统能够大大的提高电能，并且风能是国际公认的可再生能源。它具有取之不尽用之不竭的特点。在所有新能源、可再生能源中利用风力发电是得到广泛推广的，其优点如下：
1满足能源供应
2改善中国以煤为主的能源结构
3减少温室气体排放
4促进地区经济特别是西部地区的发展
所以发展风力发电对于保护生态环境、保障能源安全、改善能源结构以及可持续发展等方面有着不可或缺的重要意义。
第二章 总体设计
2.1机械结构总体设计
在如今的时代科学技术是我们的第一生产力，各类行业的发展都离不开科学技术，其中风力发电技术已经渗入到了各个地方。无论是发达的沿海城市，还是相对贫困落后的西北山区。只要有风的地方，就会看见绿色节能化风车发电机。风力发电设计就是一个大力发展的方向。它将引导人类走向无污染用电的新世界。
本设计要求是跟踪风向的一种风力发电机。其在风速v>3.4m/s能够检测并且发电。最重要的是其跟踪风向实现360度无死角旋转追风。要求整个机头的旋转速度最慢要求为1min达到1转。为了达到实时性要求，风轮机头要求1r/mim2r/mim。所以，对于整个风力发电机的机舱并非为本设计的重点。本设计侧重于风力发电的塔座内部的机械结构的设计，使得塔座内部的传动机构实现带动机舱头旋转。10kw风力发电机组的机舱头重量约为600kg，其在跟风旋转时最慢为每分钟1r。
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