藍牙數據控制技術在風力發電系統中的應用

摘 要：簡述了DSP主處理器芯片設計地面控制器的過程。簡單介紹了風力發電系統中的各個功能模塊——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電系統中的基本原理及實現過程。研究結果表明了采用藍牙技術進行風力發電系統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

風能發電是當今新能源發電技術，作為化石能源的發電和水能發電的重要補充，日益受到世界各國的關注。風能發電技術經過了多年的發展，目前技術上已經逐步成熟，風能是具有大規模發展潛力的可再生能源。如何更有效的利用風能使其更有效的轉化成電能成為一個新的熱點。

2 藍牙控制風力發電系統的實現原理

隨著垂直軸風力發電機的迅速發展和通信技術的成熟，人們將多種現代的數字控制技術應用到垂直軸風力發電機中，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，控制主機將數據傳給控制從機，控制從機根據接收到的數據來控制風帆的旋轉，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據交換。對于以往的地面控制器與控制主機之間的數據交換，一般是通過滑環與輪軸的滑動或滾動接觸進行有線傳輸的，這樣的結構使得設備的壽命較短，維護周期短，并且控制數據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，對傳輸的一側固定，另一側旋轉的交換需求，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 風力發電系統的設計

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）、通用異步收發器（UART），在HCIUART傳輸層可以傳送4種分組：命令(Command)、ACI數據、SCO數據以及事件(Event)藍牙模塊的HCI UART傳輸層的命令、事件分組格式與藍牙規范描述的完全一致。HCI能夠區分四種HCI分組類型。HCI命令分組的分組頭指示器為01H，HCI異步鏈路數據分組的分組頭指示器為02H，HCI同步鏈路數據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 藍牙無線控制數據的幀格式

藍牙的數據信息是以分組的形式通過基帶傳輸的，每個分組由3個部分組成：72位訪問，54位報頭，最多2745位有數據，藍牙數據包的格式如表1所示。

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

3.3 數據傳輸差錯的控制

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是為了減少數據重發的次數，利用FEC碼，對于編解碼過程變得簡單迅速，但是，采用FEC會降低實際數據的傳輸速率。自動重傳請求：在藍牙通信中保證可靠傳輸數據，通常采用自動重傳請求技術。基本原理是當發送方發完一個數據包后，由接收方發回對輸人肯定或否定性的確認。而發送方只要收不到接收方表示正確的確認信號，發送方就不斷的重發該包，直到收到確認為止。鏈路監測：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測定時器。一旦收到經過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 藍牙控制風力發電系統數據交互

在通過藍牙模塊進行數據交換時，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、建立連接和數據通、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據的交互。最后完成傳輸時主設備就會發出斷開連接命令。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，進行數據通信，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電系統設計中的基本原理，通過對主控制器的接口、藍牙無線數據控制幀格式、數據傳輸差錯的控制和藍牙控制風力發電系統數據交互的研究，對藍牙數據技術在系統控制中所擔任的重要作用，設備的分類和運用及初始化，藍牙天線和數據交互模塊進行解釋。通過對此項目的實現過程研究，說明藍牙無線控制技術在風力發電系統處理及應用方面具有較大的優勢。

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