专利名称：一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的制作方法
技术领域：
一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统技术领域[0001]本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统。
背景技术：
[0002]风电场在正常运行时会产生影响周围环境的噪声，国内外环保部门对风电场产生的噪声大小要求愈来愈严格，根据DL/T 1084-2008 (Noise Limits And Measurement Method Of Wind Power Plant 1084-2008，风电场噪声限值及测量方法1084-2008)，需要测量的信号主要有两类声学信号和气象信号。数据采集系统将所要测量的声学信号和气象信号实时地传输到数据采集电脑中。[0003]现有技术的数据采集系统体积较大。由于大多数风电场所处位置偏僻、噪声测试要求苛刻，而数据采集系统体积过大，势必导致在搬运数据采集系统的过程中耗费大量的人力、物力和财力。实用新型内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统，能更好地解决现有数据采集系统体积过大，在位置偏僻的风电场所中搬运起来耗费人力、物力和财力的问题。[0005]根据本实用新型的一个方面，提供了一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统，所述系统包括[0006]分别对声学信号和气象信号进行低通滤波的滤波装置；[0007]连接所述滤波装置一个输出端的气象数据采集装置，用来对经过低通滤波的气象信号进行气象数据采集；[0008]连接所述滤波装置另一输出端的声学数据采集装置，用来对经过低通滤波的声学信号进行声学数据采集；[0009]分别连接所述滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置的控制及数据传送装置，用于控制所述滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置进行相应操作，并向外传送已采集的气象数据和声学数据。[0010]优选的，所述控制及数据传送装置包括[0011]分别连接气象数据采集装置数据输出端和声学数据采集装置数据输出端的控制单元，对所述已采集的气象数据和声学数据进行处理；[0012]连接所述控制单元数据输出端的缓存单元，用来对控制单元输出的气象数据和声学数据进行缓存处理；[0013]连接所述缓存单元输出端的传送单元，用来将经过缓存处理的气象数据和声学数据传送给外部的上位机；[0014]其中，所述控制单元分别连接所述滤波装置、气象数据采集装置、声学数据采集装置、缓存单元和传送单元的控制端口，用于对其进行控制。[0015]优选的，所述气象数据采集装置为中速模数转换器。[0016]优选的，所述声学数据采集装置为高速模数转换器。[0017]优选的，所述控制单元还用于对已采集的气象数据进行处理生成分钟信号。[0018]优选的，所述控制单元还用于对已采集的声学数据进行处理生成A计权声压级数据。[0019]优选的，所述控制单元包括TMS320V5402芯片，所述缓存单元包括IDT72V2113芯片，所述传送单元包括CY8C27443芯片。[0020]优选的，[0021]所述滤波装置包括CY8C29466芯片；[0022]所述声学数据采集装置具体为ADS5422芯片；[0023]所述气象数据采集装置具体为MAX195芯片。[0024]优选的，所述采集系统还包括[0025]分别连接滤波装置、电源装置、气象数据采集装置、声学数据采集装置、控制及数据传送装置的电源装置，用于为其提供电源。[0026]优选的，所述电源装置包括TPS79501芯片。[0027]与现有技术相比较，本实用新型的有益效果在于体积较小、方便携带，尤其在偏僻的风电场所搬运，相比较传统的数据采集系统更为省时省力。
[0028]图I是本实用新型实施例提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的应用不意图；[0029]图2是本实用新型实施例提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的结构不意图；[0030]图3是本实用新型实施例提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的工作流程图；[0031]图4是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元中断程序流程图；[0032]图5是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元进行声学信号数据处理的流程图；[0033]图6是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元进行气象信号数据处理的流程图。
具体实施方式
[0034]
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0035]图I是本发明实施例提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的应用示意图，如图I所示，便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的输入端分别与气象信号采集器的输出端以及麦克风等声学信号采集器的输出端相连，所述采集系统的输出端通过USB总线与数据采集电脑即上位机相连，其中，声学信号采集器用于采集声学信号，气象信号采集器用于采集气象信号，所述气象信号包括温度、风速、气压等信号。[0036]图2是本发明实施例提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统的结构示意图，如图2所示，所述采集系统包括滤波装置201、气象数据采集装置202、声学数据采集装置203、控制及数据传送装置204、电源装置205，其中，控制及数据传送装置204包括控制单元2041、缓存单元2042、传送单元2043。滤波装置201的数据输入端分别接入气象信号和声学信号，数据输出端分别与气象数据采集装置202和声学数据采集装置203相连接。控制及数据传送装置的控制单元2041的数据输入端分别与气象数据采集装置202 和声学数据采集装置203相连接，数据输出端与缓存单元2042的一数据端相连，缓存单元 2042的另一数据端与传送单元2043相连。另外，控制单元2041的控制端还分别与滤波装置201、气象数据采集装置202、声学数据采集装置203、缓存单元2042以及传送单元2043 的控制端口相连。电源装置205分别与滤波装置201、气象数据采集装置202、声学数据采集装置203、控制单元2041、缓存单元2042以及传送单元2043相连，用于为上述装置或单元供电。[0037]具体到本实施例中，滤波装置201具体为CY8C29466芯片、气象数据采集装置 202具体为MAX195芯片、声学数据采集装置203具体为ADS5422芯片、控制单元2041具体为TMS320V5402芯片，缓存单元2042具体为IDT72V2113芯片，传送单元2043具体为 CY8C27443 芯片。[0038]数据采集系统工作时，首先滤波装置201分别对声学信号和气象信号进行低通滤波。气象信号采集器将采集到的气象信号传输到滤波装置201中以及声学信号采集器即麦克风将采集到的声学信号传输到滤波装置201中时，声学信号和气象信号在传输过程中会掺杂高频的干扰信号且麦克风传递的信号幅值较小，为了剔除高频的干扰信号和放大信号幅值，在数据采集系统中设置了滤波装置201，本实施例中滤波装置201具体为CY8C29466 芯片，通过软件和JTAG (Joint Test Action Group，联合测试行动小组)口将CY8C29466设置为低通滤波器。设置后的CY8C29466的低通截止频率为1000HZ，放大倍数为20。声学信号和气象信号经过CY8C29466芯片后，输出经过低通滤波处理后的剔除干扰信号且幅值放大的声学信号和气象信号。[0039]气象数据采集装置202对经过低通滤波的气象信号进行采样。经过滤波装置201 低通滤波处理后的气象信号输入到气象数据采集装置202中进行采样。气象信号采样时， 需要采样速率为中速且通道要多，MAX195芯片是16位逐次逼近式ADC (Analog To Digital Converter,模数转换器),具有高精度、低功耗等特点，因此本实施例中气象数据采集装置202具体为中速采样芯片MAX195，将其采样频率设置为200ksps(Kilo Samples Per Second,每秒采样千次)。[0040]声学数据采集装置203对经过低通滤波的声学信号进行声学数据采样。气象信号和声学信号对采样频率的要求不同，在数据采样的过程中，采样声学信号时，需要高采样速率、低功耗的芯片。ADS5422芯片是14位逐次逼近式ADC，它最高采样速率能够达到 62Msps (Million Samples per Second,每秒米样百万次)，因此本实施例中声学数据米集装置203具体为ADS5422芯片，其采样频率设置为IOMsps。[0041 ] 控制及数据传送装置204控制所述滤波装置201、气象数据采集装置202和声学数据采集装置203进行相应操作，并向外传送已采样的气象数据和声学数据。控制及数据传送装置204包括控制单元2041、缓存单元2042、传送单元2043。[0042]控制单元2041控制其他各个装置及单元并处理气象信号和声学信号。控制单元 2041控制滤波装置201、气象数据采集装置202和声学数据采集装置203的启停等操作， 且需要对气象信号和声学信号进行合适的处理，因此综合考虑以上因素，本实施例中控制单元2041具体为数字信号处理芯片TMS320V5402。TMS320V5402控制滤波装置201对气象信号和声学信号进行低通滤波、控制气象数据采集装置202和声学数据采集装置203采样滤波后的气象信号和声学信号，并对采样后的声学信号和气象信号进行数字FIR(Finite Impulse Response，有限冲激响应)滤波、对气象信号进行处理生成所需要的分钟信号并将声学信号转化成A计权等效连续声压级数据。其中，所述分钟信号是将采集的气象信号加权平均转换成的I分钟数据值。[0043]缓存单元2042用于对控制单元2041输出的处理后的气象数据和声学数据进行缓存处理。控制单元2041处理后的气象信号和声学信号需要通过USB总线传送到上位机即数据采集电脑，为了解决控制单元2041处理速度和USB传输速度之间的矛盾，在控制单元 2041和传送单元2043之间增加数据缓存单元即IDT72V2113芯片。[0044]传送单元2043用来将经过缓存处理的气象数据和声学数据传送给外部的上位机。传送单元2043在本实施例中具体为CY8C27443芯片，用于与上位机通讯。[0045]电源装置205用于为滤波装置201、气象数据采集装置202、声学数据采集装置203 以及控制及数据传送装置204提供电源。芯片CY8C29466运行所需的电源电压是5V，其它芯片使用的电压为3. 3V。电源装置包括芯片TPS79501，芯片TPS79501作为线性稳压器将 5V电压转换为3. 3V。[0046]图3是本发明实施例提供的控制单元的具体工作流程图，如图3所示，所述流程包括[0047]步骤S301,运行DSP (Digital Signal Processing,数字信号处理)的启动加载程序。[0048]DSP的启动加载程序BootLoader是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。 通过这段小程序，可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS (Basic Input Output System,基本输入输出系统)那样的固件程序，因此整个系统的加载启动任务就完全由BootLoader来完成。[0049]步骤S302，进行初始化操作。[0050]控制单元进行初始化操作，包括设置中断向量、加载A计权参数、设置AD转换速率坐寸ο[0051]步骤S303，判断是否接收到上位机的开始采集数据的信号。[0052]控制单元2041判断是否接收到来自上位机的数据采集开始信号，如果接收到，控制气象数据采集装置202和声学数据采集装置203开始数据采集，并控制上传单元2043开始工作，执行步骤S304，否则执行步骤S303。[0053]步骤S304，等待气象数据采集装置和声学数据采集装置的中断信号。[0054]控制单元2041等待气象数据采集装置和声学数据采集装置的中断信号。气象数据采集装置202和声学数据采集装置203完成一次数据采样后，及时发送中断信号给控制单元2041。[0055]步骤S305，判断是否接收到中断信号。[0056]控制单元2041如果接收到来自气象数据采集装置202和声学数据采集装置203 的中断信号，执行步骤S306，否则执行步骤S304。[0057]步骤S306，响应中断，对接收到的气象数据和声学数据进行处理。[0058]控制单元2041在接收到中断信号后，读取气象数据采集装置202采样后的气象数据，以及声学数据采集装置203采样后的声学数据。控制单元2041对所读取到的气象数据及声学数据进行处理。[0059]具体地说，控制单元2041对气象数据进行IS数据平均后存储至缓存单元2042， 对声学数据首先进行FIR滤波，然后根据A计权滤波系数计算A计权，然后对IS数据进行积分即可得到声学信号的连续等效A计权声压级数据；在控制单元2041进行数据处理的同时，气象数据采集装置202和声学数据采集装置203进行下一次模数转换。[0060]步骤S307，将处理后的数据上传给上位机。[0061]当控制单元2041处理完数据后，将处理后的数据存储至缓冲单元2042，缓冲单元 2042将数据传送至传送单元2043，传送单元2043通过USB总线将数据传送至上位机。上位机中接收到的数据依照风电场噪声限值及测量方法(DL/T1084-2008)处理。[0062]步骤S308，判断程序是否结束。[0063]控制单元2041判断程序是否结束，如果结束，终止程序的运行，否则执行步骤 S304。[0064]图4是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元中断程序流程图，如图4所示，所述流程包括[0065]步骤S401，接收到中断信号，调用中断程序。[0066]控制单元2041接收到中断信号后，调用中断程序。[0067]步骤S402，读取气象数据采集装置和声学数据采集装置输出的气象数据和声学数据。[0068]中断程序读取气象数据采集装置202和声学数据采集装置203输出的采样后的气象数据和声学数据，并将所读取的数据保存到控制单元2041的寄存器中。[0069]步骤S403，返回到控制单元的主程序中。[0070]结束中断程序，返回到控制单元2041的主程序中。[0071]图5是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元进行声学信号数据处理的流程图，如图5所示，所述流程包括[0072]步骤S501，声学信号存储于对应寄存器中。[0073]控制单兀2041将读取到的米样后的声学信号存储于相应的寄存器中。[0074]步骤S502，对声学信号进行低通滤波。[0075]控制单元2041对存储在寄存器中的声学信号进行FIR低通滤波。[0076]步骤S503，进行A计权。[0077]控制单元2041根据A计权理论推算出FIR带通滤波器的系数对FIR低通滤波后的声学信号进行A计权处理。[0078]步骤S504,判断数据量是否已经满1S。[0079]控制单元2041判断进行A计权处理的数据量是否已经满IS (秒)，如果数据量已经达到IS的数据量，执行步骤S505，否则执行步骤S501。[0080]步骤S505,计算等效连续A计权声压级。[0081]对IS数据进行积分得到声学信号的连续等效A计权声压级数据。[0082]图6是本实用新型提供的一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统控制单元进行气象信号数据处理流程图，如图6所示，所述流程包括[0083]步骤S601，气象信号存储于对应寄存器中。[0084]控制单元2041将读取到的采样后的气象信号存储于相应的寄存器中。。[0085]步骤S602，对气象信号进行低通滤波。[0086]控制单元2041对存储在寄存器中的气象信号进行FIR低通滤波处理。[0087]步骤S603，判断数据量是否满1S。[0088]判断FIR低通滤波处理后的数据量是否满1S，如果满1S，执行步骤S604，否则执行步骤S601。[0089]步骤S604,计算IS平均数据。[0090]计算IS平均数据，得到气象信号的分钟信号。[0091]综上所述，本实用新型通过滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置、控制及数据传送装置采集声学信号和气象信号，解决了现有数据采集系统体积较大、携带不便的问题，具有体积较小、方便携带、尤其在偏僻的风电场所搬运相比较传统的数据采集系统更为省时省力的有益效果。[0092]尽管上文对本实用新型进行了详细说明，但是本实用新型不限于此，本技术领域技术人员可以根据本实用新型的原理进行各种修改。因此，凡按照本实用新型原理所作的修改，都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统，其特征在于，包括分别对声学信号和气象信号进行低通滤波的滤波装置；连接所述滤波装置一个输出端的气象数据采集装置，用来对经过低通滤波的气象信号进行气象数据采集；连接所述滤波装置另一输出端的声学数据采集装置，用来对经过低通滤波的声学信号进行声学数据采集；分别连接所述滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置的控制及数据传送装置，用于控制所述滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置进行相应操作，并向外传送已采集的气象数据和声学数据。
2.根据权利要求I所述的采集系统，其特征在于，所述控制及数据传送装置包括分别连接气象数据采集装置数据输出端和声学数据采集装置数据输出端的控制单元， 对所述已采集的气象数据和声学数据进行处理；连接所述控制单元数据输出端的缓存单元，用来对控制单元输出的气象数据和声学数据进行缓存处理；连接所述缓存单元输出端的传送单元，用来将经过缓存处理的气象数据和声学数据传送给外部的上位机；其中，所述控制单元分别连接所述滤波装置、气象数据采集装置、声学数据采集装置、 缓存单元和传送单元的控制端口，用于对其进行控制。
3.根据权利要求2所述的采集系统，其特征在于，所述气象数据采集装置为中速模数转换器。
4.根据权利要求2所述的采集系统，其特征在于，所述声学数据采集装置为高速模数转换器。
5.根据权利要求2所述的采集系统，其特征在于，所述控制单元包括TMS320V5402芯片，所述缓存单元包括IDT72V2113芯片，所述传送单元包括CY8C27443芯片。
6.根据权利要求5所述的采集系统，其特征在于，所述滤波装置包括CY8C29466芯片；所述声学数据采集装置具体为ADS5422芯片；所述气象数据采集装置具体为MAX195芯片。
7.根据权利要求I至6任一项所述的采集系统，其特征在于，所述采集系统还包括 分别连接滤波装置、电源装置、气象数据采集装置、声学数据采集装置、控制及数据传送装置的电源装置，用于为其提供电源。
8.根据权利要求7所述的采集系统，其特征在于，所述电源装置包括TPS79501芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种便携式风力发电场噪声测试数据采集系统，涉及风力发电领域，所述系统包括分别对声学信号和气象信号进行低通滤波的滤波装置；连接滤波装置一个输出端的气象数据采集装置，用来对经过低通滤波的气象信号进行气象数据采集；连接滤波装置另一输出端的声学数据采集装置，用来对经过低通滤波的声学信号进行声学数据采集；分别连接滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置的控制及数据传送装置，用于控制所述滤波装置、气象数据采集装置和声学数据采集装置进行相应操作，并向外传送已采集的气象数据和声学数据。本实用新型解决了现有数据采集系统体积过大，在位置偏僻的风电场所中搬运起来耗费人力、物力和财力的问题。
文档编号G05B19/418GK202748640SQ20122021919
公开日2013年2月20日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者蒋杏国, 宫玉鹏, 苏丽营, 胥君勇, 孙同金 申请人:华锐风电科技(集团)股份有限公司