简易光谱辐照度测量监控装置
李德骏吴水源
(武汉纺织大学湖北武汉430073)
应用研究
摘要：在建设太阳能电站还是光伏建筑中，系统需要得到在目标地区的光辐照数据，对整个系统中太阳能板功率及蓄电池容量的选择和设计十分有必要。在太阳能发电技术中，就其本质两论，就是目标地区的太阳能的辐照度。通过测量地区总太阳能辐照度，对比已有太阳能发电站及光伏建筑的数据来确定在该地的方案是否可行。并且作为太阳能电场的重要组成部分，对予电场的太阳辐照度进行实时监控是非常必要的。本文主要介绍了光谱辐照度的测量原理及装置。
关键调：辐照度测量ATMEGA48V太阳能电池板中图分类号：TK513.4
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2011)11-0115-02
随着全球经济的发展，能源问题已成为在发展进程中的重要问题。在新能源与可再生能源的构成中，太阳能光伏发电成为了重要组成部分。而不论是在建设太阳能电站还是光伏建筑中，我们都要得到在目标地区的光辐照数据，对整个系统中太阳能板功率及蓄电池容量的选择和设计十分有必要。因此在建设之初就一定要在目标地区先测量出其辐照度作为我们参考是否可以建设以及怎么建设的该建筑的依据。同时装置还能对现有的太阳能电场进行数据的监控。 1、硬件设计
系统设计中所要测量的是转换为电平的光辐照度信号，系统要求在野外长时间工作，机构简单，便于携带，单片机的片上功能尽可能完备，满足所要测量的任务。经过比较选择了Atmega公司的 RISC指令AVR单片机作为系统控制芯片。它的突出优点是高性能、超低功耗和功能集成。如图是光辐照度测量仪器的框架图，可以看出系统结构简单、外部设备得到了简化。
上位机PC 金
TBQ2.总辐射表
太阳能电融板
功率检测
(MAX4211E)
电压跟随(LM358)
RE485(MAX3485E)
金 Pd0~1
PB2
Pb4~5
Atmelga48v
Pd5~7 PCs
Pd2~4
背板温度(DS18B20)
LCD(1080SKS) 实时时钟(DS1302) 控制键盘
图1光辐照度测量系统框架图
下面分别介绍下各部分的电路原理 1.1Atmega48单片机的内部结构简介
Atmega48的工作电压1.8~5.5V，有5种超低功耗工作模式可以切换到活动模式。常用的是外接普通的14.318KH或者32.768KHz的时钟晶报，所用到的片上外围功能模块主要有：具有捕提，比较功能的16位定时器。可用于事件计数、时序发生，PWM生成等；23个可缩程的I/O口，8通道10位逐次逼近型A/D转换器。Atmega48存储空间结构采用"冯诺依曼"体系，程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)和外围模块由同一组地址和数据总线连接在同一个导址空间中，寻址空间共64K，其中RAM为8K，ROM为Flash型。
1.2光传感单元设计
在测量阳光辐照度部分，可选用TBQ一2总辐射表或者太阳能电池板作为测量单元。TBQ-2总辐射表可用来测量光谱范围为 280~3000nm的太阳总辐射。通过电压放大，输人到模拟乘法器 MAX4211E得到功率值以电压形式输人到Atmega48单片机的ADC
万方数据
通道。如图2所示。
-M358
+4~28v Ueo
+4~2
POUT
Rs+
RSENSE
Rs-
MAX4211E
GND
图2部分光谱辐照度测量单元
A
TBQ-
R R2
为了精确测量负载功率，本文使用具有外部电阻分压器的 MAX4211E，将分压电阻R1、R2直接与负载相连，电路如图2所示。其计算公式为：
Pe = I, × Rsk × 25 ×Vesr × R, /(R, + R,)
这种设计能减小RSENSE功耗的影响，提高测量负载功率的精度。图2中RSENSE为电流检测电阻。理想情况下，最大负载电流在 RSENSE两端产生满量程检测电压，只要选择合适的增益，使电流检测放大器既能获得最大输出电压，又不会出现饱和。在使得RS+ 端与RS一端之间的差分电压不超过润量程检测电压的情况下，适当增加RSENSE的电阻值，可提高USENSE，有助于减小输出误差。
当选用电池板作为测量单元时，系统设计就要考虑对其输出的电压进行分压，并在最后计算时要考虑到分压比。
1.3系统实时交互设计
除了测量光辐照度主要模块之外，系统中还设计了实时时钟以及背板温度模块。时钟模块选用TI公司的DS1302审行时钟芯片，这样每组测量结果便附上了当时的时间，可以记录年，月、日，小时，分、秒、星期。有两个电源VCC1和VCC2，一个为主电源，当仪器上电时工作。另外一个为备份电源，设计中选用一块3V的钮扣锂电池。由于有备份电源，系统掉电后时钟芯片仍然能够工作，第一次调试时，向时钟内部写人时间，以后时钟便可以准确计时，背板温度模块我们选用的是DS18B20芯片，具有体积小，功耗低精度高，易于单片机接口等优点，采用寄生电源技术不用外接电压。
为了便于现场观测.系统中还有控制键盘和液晶显示模块.在电路中加入两个个按键，当有键按下时，与之相连的PD引胸电平变低，触发PD2或PD3口cp断，在中断服务程序里来实现相应的时间，光辐照度的测量和显示，显示格式为固定小数点，显示芯片为8位 SMS0801段式串行液品。
利用Atmega48的读写口实现串行异步通信.单片机与上位机之间的数据传送经过RS485收发器.选用MAX3485E芯片，3.3V低电压供电，半双工。由于485为差分平衡方式进行号传输.因此具有
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