藍牙數(shù)據(jù)控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的應用

摘 要：簡述了DSP主處理器芯片設計地面控制器的過程。簡單介紹了風力發(fā)電系統(tǒng)中的各個功能模塊——地面控制器功能模塊、控制主機功能模塊和從機功能模塊，分析并研究了藍牙技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的基本原理及實現(xiàn)過程。研究結果表明了采用藍牙技術進行風力發(fā)電系統(tǒng)研究在控制方面的重要性。

關鍵詞：DSP處理器藍牙Matlab仿真

中圖分類號：TU412文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2011)06(c)-0082-02

1 引言

風能發(fā)電是當今新能源發(fā)電技術，作為化石能源的發(fā)電和水能發(fā)電的重要補充，日益受到世界各國的關注。風能發(fā)電技術經(jīng)過了多年的發(fā)展，目前技術上已經(jīng)逐步成熟，風能是具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉础Ｈ绾胃行У睦蔑L能使其更有效的轉化成電能成為一個新的熱點。

2 藍牙控制風力發(fā)電系統(tǒng)的實現(xiàn)原理

隨著垂直軸風力發(fā)電機的迅速發(fā)展和通信技術的成熟，人們將多種現(xiàn)代的數(shù)字控制技術應用到垂直軸風力發(fā)電機中，其中控制技術方面分為有線和無線信號控制兩種情況。在有線控制方面：置于輪軸處的控制主機與置于每個風帆間的6個控制從機采用主從式設計，控制主機將數(shù)據(jù)傳給控制從機，控制從機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)來控制風帆的旋轉，使風帆順風時切向受力最大，逆風時與風的方向平行，更有效的利用風能轉化成電能；無線控制方面：地面控制器通過藍牙模塊與控制主機進行數(shù)據(jù)交換。對于以往的地面控制器與控制主機之間的數(shù)據(jù)交換，一般是通過滑環(huán)與輪軸的滑動或滾動接觸進行有線傳輸?shù)模@樣的結構使得設備的壽命較短，維護周期短，并且控制數(shù)據(jù)傳輸本身的可靠性不高。而基于藍牙的無線傳輸是無接觸式的，對傳輸?shù)囊粋裙潭ǎ硪粋刃D的交換需求，故其在控制信號的傳輸和交換過程中能夠達到一定的標準，而本文就這方面進行一些探索和重點的研究。

3 風力發(fā)電系統(tǒng)的設計

3.1 主機控制器接口

HCI傳輸層是藍牙主機與藍牙主控制器之間的物理接口。目前，藍牙HCI傳輸層的物理接口由通用串行總線（USB）、串行端口（RS232）、通用異步收發(fā)器（UART），在HCIUART傳輸層可以傳送4種分組：命令(Command)、ACI數(shù)據(jù)、SCO數(shù)據(jù)以及事件(Event)藍牙模塊的HCI UART傳輸層的命令、事件分組格式與藍牙規(guī)范描述的完全一致。HCI能夠區(qū)分四種HCI分組類型。HCI命令分組的分組頭指示器為01H，HCI異步鏈路數(shù)據(jù)分組的分組頭指示器為02H，HCI同步鏈路數(shù)據(jù)分組的分組頭指示器為03H，HCI事件分組的分組頭指示器為04H。

3.2 藍牙無線控制數(shù)據(jù)的幀格式

藍牙的數(shù)據(jù)信息是以分組的形式通過基帶傳輸?shù)模總€分組由3個部分組成：72位訪問，54位報頭，最多2745位有數(shù)據(jù)，藍牙數(shù)據(jù)包的格式如表1所示。

其中包括訪問碼（ACCESS CODE），報頭（HEADER）和數(shù)據(jù)（PLYLOAD）。其中ACCESS CODE用于數(shù)據(jù)的同步，DC的偏移補償和數(shù)據(jù)包的標識，HEADER包含了鏈路控制（LC）信息。數(shù)據(jù)攜帶上層的語音和數(shù)據(jù)字段。訪問碼格式如表2所示。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸差錯的控制

為了保證藍牙通信的可靠性傳輸設計，本文采用冗余校驗加應答確認的機制。差錯控制：FEC是為了減少數(shù)據(jù)重發(fā)的次數(shù)，利用FEC碼，對于編解碼過程變得簡單迅速，但是，采用FEC會降低實際數(shù)據(jù)的傳輸速率。自動重傳請求：在藍牙通信中保證可靠傳輸數(shù)據(jù)，通常采用自動重傳請求技術。基本原理是當發(fā)送方發(fā)完一個數(shù)據(jù)包后，由接收方發(fā)回對輸人肯定或否定性的確認。而發(fā)送方只要收不到接收方表示正確的確認信號，發(fā)送方就不斷的重發(fā)該包，直到收到確認為止。鏈路監(jiān)測：在藍牙無線通信中，會有很多原因引起通信中斷，如藍牙設備關閉，藍牙設備移出了藍牙的通信范圍。為此，在藍牙主、從單元都要使用鏈路監(jiān)測定時器。一旦收到經(jīng)過HEC校驗的分組和正確的藍牙活動成員地址，定時器就復位。如果在連接狀態(tài)的任何時刻，定時器達到閾值，則連接復位。這樣就能夠在藍牙主、從單元兩端對鏈路進行監(jiān)測。藍牙天線的設計：當風輪高速旋轉時，只用1對藍牙天線會有遮擋影響到藍牙間的傳輸，因為主軸處的藍牙天線會順著軸的旋轉而旋轉，這樣就與地面控制器中藍牙天線就會有一段時間被遮擋住，所以，地面控制器處的藍牙天線要與主軸處的藍牙天線采用1對3的方式，塔臺上輪軸處的藍牙模塊有3個藍牙天線，每個天線的覆蓋角為120°。

3.4 藍牙控制風力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

在通過藍牙模塊進行數(shù)據(jù)交換時，首先要對藍牙模塊進行初始化并對HCI層進行流控設置。然后進行藍牙模塊自身初始化、HCI流量控制設置、查詢、建立連接和數(shù)據(jù)通、信斷開連接。藍牙控制就是指在初始化完成之后，判斷本地藍牙是否做主設備，若為主設備，則查詢周圍的從設備，一經(jīng)找到就進行建立連接指令，通過建立連接指令建立ACL連接。本程序中不存在流量控制設置，當成功建立連接后就可以進行藍牙數(shù)據(jù)的交互。最后完成傳輸時主設備就會發(fā)出斷開連接命令。若本地藍牙設備做從設備，則會等待遠端藍牙設備的建鏈請求，如果接受請求，則獲得一個連接句柄，進行數(shù)據(jù)通信，否則，就會停止等待(如圖1）。

4 結語

本文介紹了藍牙控制在風力發(fā)電系統(tǒng)設計中的基本原理，通過對主控制器的接口、藍牙無線數(shù)據(jù)控制幀格式、數(shù)據(jù)傳輸差錯的控制和藍牙控制風力發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的研究，對藍牙數(shù)據(jù)技術在系統(tǒng)控制中所擔任的重要作用，設備的分類和運用及初始化，藍牙天線和數(shù)據(jù)交互模塊進行解釋。通過對此項目的實現(xiàn)過程研究，說明藍牙無線控制技術在風力發(fā)電系統(tǒng)處理及應用方面具有較大的優(yōu)勢。

參考文獻

[1]Sergei Savchenko《SpecificationoftheBlutooth》2000.

[2]Flender Service GmbH.The condition monitoring magazine of PRU FTECHNIK.Jan.2005.

[3]Jeff Lander《Graphics Programming Methods》July 2003

[4]方嚴軍，孫健．智能儀器技術及其應用[M]．北京化學工業(yè)出版社，2007

[5]李全利．單片機原理及應用技術．高等教育出版社，2006

[6]孟武勝．基于AT89C52單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計．測控技術，2009.