一种可发电的环境观测台的制作方法

本发明涉及设计一种可发电的环境观测台，属于环保节能领域。

背景技术

在不断持续的能源紧张中,不少人想到了新能源利用。利用洁净的能源(可再生能源)是人类社会文明进步的表现、是科学技术的发展、是环保理念的体现。洁净能源指太阳能、风能、潮汐能、生物能等,这都是可再生取之不尽的能源,特别是风能技术最为成熟,经济可行性较高,是一种较理想的发展能源。风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式,是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能,但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109mw,其中可利用的风能为2×107mw,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。我国风能资源总量约42亿千瓦,技术可开发量约3亿千瓦。目前东南沿海是最大风能资源区,风能密度为200w/m2~300w/m2,大于6m/s的风速时间全年3000h以上就可取得较大经济效益。对此，这里提出了一种可进行观测可发电的装置，该装置可观测大范围周围环境，同时可利用风力来使发电机发电，结构简单，效果显著。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是通过设计一种可发电的环境观测台，属于环保节能领域。该可发电的环境观测台分为地上和空中两部分，地上固定有一个发电机，发电机上设置有一个卷收器，卷收器的卷轴上缠有一根不低于100米长的绳子，绳子的末端固定有一个氦气球，在氦气球的顶部装有风力检测装置，侧面装有一个支架，支架上装有一个摄像头，在该支架的两端装有一对塑料板制成的翅膀，翅膀与支架的连接处装有电动机，电动机可带动翅膀进行旋转，两边的翅膀根据各自旋转的角度使氦气球在风力的作用下进行转动，风可带动氦气球移动，从而拉伸卷收器上的绳子，产生动力使发电机发电，当风力减小时，卷收器又将拉出的绳子收回，又产生一个动力，也可进行发电，氦气球和翅膀表面附有一层太阳能薄膜，可发电并供空中各部分装置用电。

本发明采用的技术方案是：一种可发电的环境观测台，包括发电机、卷收器、绳子、氦气球、风力检测装置、支架、翅膀、电动机、太阳能薄膜、单片机，发电机固定在地面上，发电机上装有卷收器，卷收器上缠绕有绳子，绳子一端与卷收器固定，另一端固定有氦气球，在氦气球的顶部装有风力检测装置，侧面设置有一个支架，在该支架的两端装有一对塑料板制成的翅膀，翅膀与支架的连接处装有电动机，电动机可带动翅膀进行旋转，两边的翅膀根据各自旋转的角度使氦气球在风力的作用下进行转动，风可带动氦气球移动，从而拉申发电机上的绳子，产生动力使发电机发电，当风力减小时，卷收器又将拉出的绳子收回，又产生一个动力，也可进行发电，氦气球和翅膀表面附有一层太阳能薄膜，可发电并供空中各部分装置用电。

进一步的，发电机采用现有技术，发电机采用交流发电机，交流发电机上装有电压调节器，电压调节器是通过动态调节励磁电流的大小来实现发电机输出电压的稳定，保证交流发电机输出电压不受转速和用电设备变化的影响，使其保持稳定，以满足用电设备的需要；发电机工作原理：由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流，同时交流发电机可双向发电，即转子的转动方向可为双向，当转子在任意方向转动时发电机都可进行发电；发电机转子与卷收器卷轴连接，卷收器采用现有技术，卷收器工作原理：卷收器上缠有绳子，绳子长度不低于100米，使用一定的外力可将绳子拉出，拉出的同时带动卷收器的卷轴旋转，从而带动发电机转子转动，从而使发电机工作产生电流，当拉绳子的外力减小时，卷收器会将绳子重新拉回，在拉回的同时，同样带动卷轴旋转，从而使转子旋转，产生电流。

进一步的，氦气球直径大小不小于2米，采用橡胶材质制作，氦气密度小于空气，充满气球后，可使气球产生很大的浮力，氦气球可进行漂浮；氦气球连有绳子，绳子另一端连有卷收器，氦气球自身的浮力对绳子产生了一个拉力，可将绳子拉出，又卷收器的卷轴对绳子有一个回收的拉力，当氦气球浮力将绳子拉出一定的长度，即氦气球漂浮到一定的高度时，卷收器回收的拉力和氦气球的浮力相互抵消，从而使氦气球在不受外力的情况下停止向上漂浮；氦气球可在空中漂浮，当有风时，氦气球在风力的作用下开始移动，从而拉伸卷轴器上的绳子，使卷轴旋转，带动转子转动，使发电机产生电流，当风停止或风力减小时，卷轴器将会使绳子往回收，在回收的同时也会带动卷轴转动，产生动力，从而使发电机发电。

进一步的，氦气球顶部装有风力检测装置，可检测风向及风力的大小，检测到的数据通过无线通讯模块传送至后台的计算机进行计算，根据检测的风力大小及风向信息，计算出翅膀的旋转角度，根据计算的结果，计算机通过无线通讯模块发出相应信息到单片机，单片机发出命令到电动机，电动机开始工作使翅膀旋转，旋转后，在风力的作用下氦气球整体进行旋转，旋转时，风力检测装置继续检测风向的信息，当检测到翅膀可与风力方向呈垂直状态时，单片机发出指令到电动机，使翅膀旋转到原来的角度。

进一步的，氦气球侧面设置有一个支架，在支架的两端装有一对塑料板制成的翅膀，当氦气球漂浮在空中时，翅膀与地面呈垂直状态，支架和翅膀之间通过轴连接的方式连接，支架和翅膀的连接处有一个可旋转的轴，同时在支架两端分别装有一个电动机，该电动机与旋转轴相连接，可通过电动机的运转来带动旋转轴旋转，从而旋转轴带动翅膀进行旋转；氦气球的翅膀可使整体的受力面积增大以及改变氦气球的受力方向，当有风时，若风力方向与翅膀呈垂直状态，则此时氦气球整体受力面积最大，受到的风力也最大，可最有效地利用风力所带来的动力，氦气球可最大限度的向风吹拂的方向飘动，即可最大限度的拉动绳子，产生最有效的动力使转子转动，使发电机发电；若风力方向与翅膀不呈垂直状态，单片机经过信息的收集计算，发出命令使电动机发动，使旋转轴旋转，带动翅膀旋转，根据风向的变化，使两边翅膀旋转一定的角度，来改变翅膀的受风方向，当某一端翅膀旋转一定角度后，其受力面积减小，相对的另一端的翅膀受力面积较大，此时两边的受力面积不相同，受力面积大的一边，受到的风力越大，则这一端受到风力的作用后，会使氦气球整体进行一定的旋转，当旋转到两边的翅膀可与风力方向垂直时，单片机发出命令使电动机再次发动，使翅膀旋转到与地面垂直的位置。

进一步的，支架上装有一个摄像头，可观测氦气球下方的情况，观测到的数据通过无线通讯模块传送至后台，后台的工作人员可通过摄像头采集的数据来观测实际的情况，以及时应对突发情况。

进一步的，氦气球和翅膀表面附有一层太阳能薄膜，翅膀上装有一块锂电池，锂电池体积小但可储存大量电量，太阳能薄膜经过太阳照射产生电能储存在锂电池内，可供氦气球上的各用电装置使用。

进一步的，单片机设置有通信串口，通信串口和计算机连接，单片机仅用于连接传感器和接收传感器信号，传感器信号经单片机接收后传给计算机，计算机进行深度处理，这样提高了处理效率。

一种可发电的环境观测台，其控制方法包括如下步骤：

步骤1.各部分装置连接好后，氦气球连上卷收器上的绳子，氦气球依靠自身浮力进行漂浮，漂浮过程中，会拉动绳子，使卷收器上的轴旋转，从而带动发电机的转子转动，使发电机发电，当氦气球漂浮到一定的高度，此时浮力与绳子的拉力相等，氦气球停止漂浮。

步骤2.有风时，风力检测装置可检测风向及风力的大小，检测到的数据通过无线通讯模块传送至后台的计算机进行计算，根据检测的风力大小及风向信息，计算出翅膀的旋转角度，根据计算的结果，计算机通过无线通讯模块发出相应信息到单片机，单片机发出命令到电动机，电动机开始工作使翅膀旋转。

步骤3.当某一端翅膀旋转一定角度后，其受力面积减小，相对的另一端的翅膀受力面积较大，此时两边的受力面积不相同，受力面积大的一边，受到的风力越大，则这一端受到风力的作用后，会使氦气球整体进行一定的旋转，当旋转到两边的翅膀可与风力方向垂直时，单片机发出命令使电动机再次发动，使翅膀旋转到与地面垂直的位置。

步骤4.当风力减小或停止时，氦气球整体所受外力减小，卷收器会回收拉出的绳子的部分，回收的过程中，同样卷收器的轴也需要旋转，旋转的同时可带动发电机的转子转动，从而使发电机发电。

步骤5.在氦气球漂浮过程中，支架上的摄像头可观测氦气球下方的情况，观测到的数据通过无线通讯模块传送至后台，后台的工作人员可通过摄像头采集的数据来观测实际的情况，以及时应对突发情况。

本发明的工作原理是：氦气球依靠自身浮力进行漂浮，漂浮过程中会拉动绳子，使卷收器上的轴旋转，从而带动发电机的转子转动，使发电机发电，当氦气球漂浮到一定的高度，此时浮力与绳子的拉力相等，氦气球停止漂浮；当有风时，风力检测装置可检测风向及风力的大小，检测到的数据通过无线通讯模块传送至后台的计算机进行计算，计算出翅膀的旋转角度，根据计算的结果，单片机发出命令到电动机，电动机开始工作使翅膀旋转，使氦气球整体进行旋转，以使氦气球能最大限度的受力；当风力减小或停止时，氦气球整体所受外力减小，卷收器会回收拉出的绳子的部分，回收的过程中，同样卷收器的轴也需要旋转，旋转的同时可带动发电机的转子转动，从而使发电机发电。

本发明的有益效果是：本发明是一种设置在氦气球上的空中观测装置，观测的同时可利用风力来发电，风力资源是取之不尽用之不绝的，利用风力发电可以减少环境污染，节省煤炭、石油等常规能源；该装置可自主调节受风的方向，以使该装置受到的风力最大，能最有效地利用风力资源；该装置可防水防晒，摄像头可捕捉监控区域内的所有画面并传输到后台计算机中，氦气球所处位置离地面高，观测范围广，可在大范围的环境中设置少量该装置便可覆盖大面积监测范围，同时无需大量人员看管，减少了大量人力资源；该装置结构简单，使用简便，作用显著，可大量普及。

附图说明

图1为本发明的发电机结构图；

图2为本发明的卷收器结构图；

图3为本发明的氦气球结构图；

图4为本发明的部分电路逻辑图；

图5为本发明的单片机控制逻辑图。

图中各标号为1-发电机；2-卷收器；201-绳子；202-卷轴；3-氦气球；4-风力检测装置；5-支架；6-翅膀；7-电动机；8-摄像头；9-单片机；10-无线发射电路；11-无线接收电路。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明：

如图所示，一种可发电的环境观测台，包括发电机1、卷收器2、绳子201、氦气球3、风力检测装置4、支架5、翅膀6、电动机7、太阳能薄膜、单片机9，发电机1固定在地面上，发电机1上设置有卷收器2，卷收器2上缠绕有绳子201，绳子201一端与卷收器2固定，另一端连接有氦气球3，在氦气球3的顶部装有风力检测装置4，侧面装有一个支架5，在该支架5的两端装有一对塑料板制成的翅膀6，翅膀6与支架5的连接处装有电动机7，电动机7可带动翅膀6进行旋转，两边的翅膀6根据各自旋转的角度使氦气球3在风力的作用下进行转动，风可带动氦气球3移动，从而拉伸卷收器2上的绳子201，产生动力使发电机1发电，当风力减小时，卷收器2又将拉出的绳子201收回，又产生一个动力，也可进行发电，氦气球3和翅膀6表面附有一层太阳能薄膜，可发电并供空中各部分装置用电。

发电机1采用现有技术，发电机1采用交流发电机，交流发电机上装有电压调节器，电压调节器是通过动态调节励磁电流的大小来实现发电机输出电压的稳定，保证交流发电机输出电压不受转速和用电设备变化的影响，使其保持稳定，以满足用电设备的需要；发电机1工作原理：由轴承及端盖将发电机1的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流，同时交流发电机可双向发电，即转子的转动方向可为双向，当转子在任意方向转动时发电机都可进行发电；发电机1转子与卷收器2卷轴连接，卷收器2采用现有技术，卷收器2工作原理：卷收器2上缠有绳子201，绳子201本身为一根电缆，绳子201长度不低于100米，使用一定的外力可将绳子201拉出，拉出的同时带动卷收器2的卷轴旋转，从而带动发电机1转子转动，从而使发电机1工作产生电流，当拉绳子201的外力减小时，卷收器2通过回卷弹簧的拉力会将绳子201重新拉回，在拉回的同时，同样带动卷轴旋转，从而使转子旋转，产生电流。

气球3直径大小不小于2米，采用橡胶材质制作，氦气密度小于空气，充满气球后，可使气球产生很大的浮力，氦气球3可进行漂浮；氦气球3连有绳子201，绳子201另一端连有卷收器2，氦气球3自身的浮力对绳子201产生了一个拉力，可将绳子201拉出，又卷收器2的卷轴对绳子201有一个回收的拉力，当氦气球3浮力将绳子201拉出一定的长度，即氦气球3漂浮到一定的高度时，卷收器2回收的拉力和氦气球3的浮力相互抵消，从而使氦气球3在不受外力的情况下停止向上漂浮；氦气球3可在空中漂浮，当有风时，氦气球3在风力的作用下开始移动，从而拉伸卷收器2上的绳子201，使卷轴旋转，带动转子转动，使发电机1产生电流，当风停止或风力减小时，卷轴器将会使绳子201往回收，在回收的同时也会带动卷轴转动，产生动力，从而使发电机1发电。

氦气球3顶部装有风力检测装置4，可检测风向及风力的大小，检测到的数据通过无线通讯模块传送至后台的计算机进行计算，根据检测的风力大小及风向信息，计算出翅膀6的旋转角度，根据计算的结果，计算机通过无线通讯模块发出相应信息到单片机9，单片机9发出命令到电动机7，电动机7开始工作使翅膀6旋转，旋转后，在风力的作用下氦气球3整体进行旋转，旋转时，风力检测装置4继续检测风向的信息，当检测到翅膀6可与风力方向呈垂直状态时，单片机9发出指令到电动机7，使翅膀6旋转到原来的角度。

氦气球3侧面设置有一个支架5，在支架5的两端装有一对塑料板制成的翅膀6，当氦气球3漂浮在空中时，翅膀6与地面呈垂直状态，支架5和翅膀6之间通过轴连接的方式连接，支架5和翅膀6的连接处有一个可旋转的轴，同时在支架5两端分别装有一个电动机7，该电动机7与旋转轴相连接，可通过电动机7的运转来带动旋转轴旋转，从而旋转轴带动翅膀6进行旋转；氦气球3的翅膀6可使整体的受力面积增大以及改变氦气球3的受力方向，当有风时，若风力方向与翅膀6呈垂直状态，则此时氦气球3整体受力面积最大，受到的风力也最大，可最有效地利用风力所带来的动力，氦气球3可最大限度的向风吹拂的方向飘动，即可最大限度的拉动绳子201，产生最有效的动力使转子转动，使发电机1发电；若风力方向与翅膀6不呈垂直状态，单片机9经过信息的收集计算，发出命令使电动机7发动，使旋转轴旋转，带动翅膀6旋转，根据风向的变化，使两边翅膀6旋转一定的角度，来改变翅膀6的受风方向，当某一端翅膀6旋转一定角度后，其受力面积减小，相对的另一端的翅膀6受力面积较大，此时两边的受力面积不相同，受力面积大的一边，受到的风力越大，则这一端受到风力的作用后，会使氦气球3整体进行一定的旋转，当旋转到两边的翅膀6可与风力方向垂直时，单片机9发出命令使电动机7再次发动，使翅膀6旋转到与地面垂直的位置。

支架5上装有一个摄像头8，可观测氦气球3下方的情况，观测到的数据通过无线通讯模块传送至后台，后台的工作人员可通过摄像头8采集的数据来观测实际的情况，以及时应对突发情况。

氦气球3和翅膀6表面附有一层太阳能薄膜，翅膀6上装有一块锂电池，锂电池体积小但可储存大量电量，太阳能薄膜经过太阳照射产生电能储存在锂电池内，可供氦气球3上的各用电装置使用。

如图4所示，该系统所用单片机9型号为at89c51，摄像头8型号为ov6620，无线通讯模块分为发射部分和接受部分，风力检测装置4由压力传感器及放大电路、模数转换电路组成，电动机7为直流电动机7；为了保障单片机9运行，给单片机9增加复位电路。复位电路有以下功能：上电复位可以对内部存储器进行复位、同步内外的时钟信号、电压波动或不稳定时，复位电路给电路延时直到电路稳定、当程序出错时通过复位电路使单片机9恢复正常运行状态；摄像头8ov6620由八个开关分别与p1.0—p1.7相连，来模拟摄像头8的八位输入；无线发射电路10为常见的发射机电路，由于使用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手抓天线、声表或电路其他部位，发射频率均不会漂移。所以显然，发射采用使用声表器件的电路；无线接收电路11的接收机可使用超再生电路或超外差电路，超再生电路成本低，功耗小可达100ua左右，调整良好的超再生电路灵敏度和一级高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多；风力检测装置4由压力传感器、信号放大电路、模数信号转换电路构成；由于风的压力是小于2kp的，所以要选用一个微压传感器，这里选用美国的sm1系列的硅微压传感器，由于风吹到表面会使原有的电桥平衡被打破，它可以将风产生的压力转变为电信号；放大电路采用集成运放，可以实现：短路保护输出、差动输入、可单电源工作、低偏置电流、内部补偿、输入端静电保护等；模数转换电路采用芯片adc0832；adc0832为8位分辨率a/d转换芯片，其最高分辨率可达256级，可以适应一般的转换；电动机7采用直流电动机。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。