基于嵌入式数字光电日照计关键技术研究

• 作 者: 崔贺
• 出 处: 长春理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 日照时数 太阳辐射 天球坐标系 余弦响应特性 STM32F4

日照时数观测是地面气象台站观测的基本项目,对太阳能利用、指导农业生产和生态环境保护等具有重要意义。我国气象部门目前主要使用聚焦式和暗筒式日照计观测日照数据,随着日照观测数据在太阳能发电、气候预报业务和农业生产服务等领域需求的增多,传统的观测仪器不能够满足业务观测的需求,因此需要研制低成本、性能稳定、维护方便、观测精度高的嵌入式光电日照计,以实现日照观测设备的自动化和数字化。论文所研究的嵌入式光电日照计是一种户外通过测量太阳总辐射和太阳散射辐射得到太阳直接辐射进而获取日照时数的专用仪器。论文详细阐述了日照计辐射的测量方法和原理,并进行了嵌入式光电日照计的研究和设计,最终采用了基于二分天空法的结构设计。文中设计了以STM32F4为核心的控制电路、光电信号转换电路、低温加热电路、时钟电路、数据存储电路等硬件部分并给出了相应部分的软件及辐照度补偿程序。通过设计基于Labview的上位机程序实现了嵌入式光电日照计的远程初始化参数设置及日照辐射的监控功能。论文针对目前光电日照计需要定期人工调整俯仰角以及正午辐照度测量误差大的技术难题,展开对太阳辐射测量、天球坐标系建立和余弦响应特性等关键技术的研究,通过分析发现光电传感器的余弦响应误差和散射传感器的散射辐射误差为最主要的误差来源,为修正这部分误差提出一种基于太阳高度角和太阳方位角修正余弦响应误差和散射辐射误差的新方法,应用该方法能够使总辐射嵌入式光电日照计日照时数测量精度提高近一倍,满足气象部门日照时数优于10%的测量要求。最后,将本文设计的嵌入式光电日照计放在外场进行了为期半年的户外检测,测试结果表明其各项指标均满足要求。