一种测量太阳辐射的装置及电路的制作方法

1.本实用新型涉及太阳总辐射参数测量技术领域，具体涉及一种测量太阳辐射的装置及电路。


背景技术：

2.目前太阳能利用十分广泛，无论是太阳能热水器、太阳灶、太阳能电池板等都是把太阳能转化为热能和电能，若要转换效率如何提高，就需知道转换效率。太阳辐射(日照)是地球的物理和生物系统的源动力。了解特定地理位置的日照量对各种领域中的应用(如农业、资源管理、气象，土木工程和生态研究)都很有帮助。例如，了解某一区域在某一时间段内接受的日照量有助于新滑雪场选址，还有助于为需要特殊小气候条件以达到最佳生长状态的特种作物选择最佳种植位置。此外，经证实，日照地图对于预测森林火灾的动向并确定最佳灭火方法具有非常重要的作用。而对于土木工程和城市规划而言，日照可作为用于选址的适宜性模型的重要输入。
3.目前气象、气候观测中，对于日照时间的观测，仍普遍采用乔唐等日照计，其原理是利用直接太阳辐射在涂有感光剂的日照纸上留下的感光迹线来求算日照时间。由于感光迹线的模糊与不连续，较难累计出准确的日照时间。对太阳辐射，则利用辐射传感器再加接电流电压表或制成普通数字仪表来测量，光照弱和温度较高时，由于较难进行温度及非线性补偿，因此测量精度不很理想，且操作复杂，成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中的太阳辐射的测量测量进度低以及操作复杂的技术缺陷，提供了一种测量太阳辐射的装置及电路。
5.根据本实用新型的其中一方面，本实用新型提供了一种测量太阳辐射的电路，包含：热电信号采集装置、差分信号处理电路、rs485通信电路以及控制器；
6.所述热电信号采集装置包括第一电堆和第二电堆，第一电堆上涂有一层黑色吸热涂层，第二电堆置于绝热层中，两个电堆均具有接地输出端和信号输出端，两个电堆的接地输出端均与差分信号处理电路的地连接，第一电堆的信号输出端连接差分信号处理电路的同相输入端，第二电堆的信号输出端连接差分信号处理电路的反相输入端；
7.差分信号处理电路的输出端连接控制器的ad转换连接端，控制器的通信接口端与rs485通信电路连接。
8.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述差分信号处理电路包含第一运算放大器和第二运算放大器，第一运算放大器的同向输入端一方面连接第一放大电阻的一端，另一方面串接第二放大电阻后接地，第一放大电阻的另一端连接所述第一电堆的信号输出端，第一运算放大器的反相向输入端一方面连接第三放大电阻的一端，另一方面串接第四放大电阻后接第一运算放大器的输出端，第三放大电阻的另一端连接所述第二电堆的信号输出端；
9.第二运算放大器的同向输入端串接输入电阻后连接第一运算放大器的输出端，第二运算放大器的反向输入端一方面串接第五电阻后接地，另一方面串接第六电阻后接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接第一低通滤波器后连接控制器的ad转换连接端。
10.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述第一低通滤波器包含第一滤波电阻和第一滤波电容，第一滤波电阻的两端分别连接第二运算放大器的输出端和控制器的ad转换连接端，第一滤波电容的一端接地，另一端连接在第一滤波电阻和ad转换连接端之间。
11.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述第一放大电阻、所述第三放大电阻和所述输入电阻为10k欧姆，第二放大电阻和第四放大电阻为100k欧姆，第五电阻为10k欧姆，第六电阻为102k欧姆，第一滤波电阻为1k欧姆，第一滤波电容为10μf电容与0.1μf电容并联。
12.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述控制器为stm8s003f3p6。
13.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述rs485通信电路包含tp8485e，tp8485e的第1、4引脚分别连接至stm8s003f3p6的第3、2引脚，tp8485e的第2、3引脚一起连接至stm8s003f3p6的第10引脚；tp8485e的第6、7引脚各自连接一个输出电阻后，用于与外部设备通信连接，且tp8485e的第6引脚通过上拉电阻接5v，tp8485e的第7引脚通过下拉电阻接地。
14.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中还包括电源电路，电源电路用于与外部电源连接，并为所述测量太阳辐射的电路供电，所述电源电路基于芯片ry8401和ams1117-5.0实现。
15.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，还包括电压电流变送电路，电压电流变送电路包括第二低通滤波器、第三运算放大器、第四运算放大器以及三极管，第二低通滤波器包含第二滤波电阻和第二滤波电容，第二滤波电阻连接在stm8s003f3p6的第13引脚和stm8s003f3p6的同相输入端之间，第二滤波电容一端连接stm8s003f3p6的同相输入端，另一端接地，所述第三运算放大器的反向输入端与输出端直接连接构成跟随器，所述第三运算放大器的输出端通过第八电阻与第四运算放大器的同向输入端相连，第四运算放大器的同向输入端通过第九电阻连接至电流输出端，第四运算放大器的输出端通过基极电阻与三极管的基极连接，三极管的集电极与正电源连接，三极管的发射极通过输出电阻连接电流输出端，并通过第十电阻与第四运算放大器的反向输入端连接，第四运算放大器的反向输入端通过第十一电阻连接至地。
16.根据本实用新型的另一方面，本实用新型还提供了一种测量太阳辐射的装置，包含如上述任一项所述的测量太阳辐射的电路。
17.上述技术方案的有益技术效果在于：
18.与现有技术相比，本实用新型操作简单，成本低廉，可同时解决光照弱和温度较高引起的测量误差问题。本实用新型用来测量光谱范围为0.3-3μm的太阳总辐射，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如感应面向下可测量反射辐射，如加遮光环可测量散射辐射。因此，它可广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化及大气污染等部门做太阳辐射能量的测量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1是本实用新型的测量太阳辐射的电路的其中一部分的电路原理图；
21.图2是本实用新型的测量太阳辐射的电路的另一部分的电路原理图。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明,但不作为本实用新型的限定。
25.如图1、图2所示，本实施例的测量太阳辐射的电路包含：热电信号采集装置(图中未示出)、差分信号处理电路、rs485通信电路以及控制器u1。
26.所述热电信号采集装置包括第一电堆和第二电堆，第一电堆上涂有一层黑色吸热涂层，第二电堆置于绝热层中，两个电堆均具有接地输出端和信号输出端，两个电堆的接地输出端均与差分信号处理电路的地连接，第一电堆的信号输出端连接差分信号处理电路的同相输入端in+，第二电堆的信号输出端连接差分信号处理电路的反相输入端in-。太阳照到电堆上，第一电堆的黑色涂料吸热，产生电信号的变化，第二电堆由于个人，不会受到太阳照射的影响，第一电堆与第二电堆产生的电信号进行差分后，差分的结果可以看做是完全有太阳照射引起的。
27.在本实施例中，控制器u1为stm8s003f3p6，差分信号处理电路的输出端ch1连接控制器u1的ad转换连接端，即第14引脚，控制器u1的通信接口端，即第4、1、10引脚与rs485通信电路连接。差分信号处理电路包含第一运算放大器u5a和第二运算放大器u5b，第一运算放大器u5a的同向输入端一方面连接第一放大电阻r17的一端，另一方面串接第二放大电阻r19后接地，第一放大电阻r17的另一端连接所述第一电堆的信号输出端，r17与r19的比值决定同向输入端的信号的放大倍数。第一运算放大器r19的反相向输入端一方面连接第三放大电阻r28的一端，另一方面串接第四放大电阻r25后接第一运算放大器u5a的输出端，第三放大电阻r28的另一端连接所述第二电堆的信号输出端，r28与r25的比值决定同向输入端的信号的放大倍数。
28.第二运算放大器u5b的同向输入端串接输入电阻r24后连接第一运算放大器u5a的输出端，第二运算放大器u5b的反向输入端一方面串接第五电阻r29后接地，另一方面串接第六电阻r26和r27后接第二运算放大器u5b的输出端，第二运算放大器u5b的输出端连接第一低通滤波器后连接控制器u1的第14引脚。r26和r27串联，相当于电阻大小为二者之和的
一个电阻。
29.第一低通滤波器包含第一滤波电阻r16和第一滤波电容c10//c9，第一滤波电阻r16的两端分别连接第二运算放大器u5b的输出端和控制器的ad转换连接端，第一滤波电容r16的一端接地，另一端连接在第一滤波电阻r16和ad转换连接端之间。c10//c9表示二者并联，相当于一个电容等于c10+c9的电容的大小，第一低通滤波器用于滤除经过第一运算放大器u5a和第二运算放大器u5b进行差分放大所带来的噪声。
30.在本实施中，所述第一放大电阻r17、所述第三放大电阻r28和所述输入电阻r24的大小为10k欧姆，第二放大电阻r19和第四放大电阻r25为100k欧姆，第五电阻r29为10k欧姆，第六电阻r26和r27之和为102k欧姆，第一滤波电阻r16为1k欧姆，第一滤波电容c10、c9为10μf电容与0.1μf电容并联。
31.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述控制器为stm8s003f3p6。
32.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，所述rs485通信电路包含tp8485e，tp8485e的第1、4引脚分别连接至stm8s003f3p6的第3、2引脚，tp8485e的第2、3引脚一起连接至stm8s003f3p6的第10引脚；tp8485e的第6、7引脚各自连接一个输出电阻后，用于与外部设备通信连接，且tp8485e的第6引脚通过上拉电阻接5v，tp8485e的第7引脚通过下拉电阻接地。
33.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，还包括电源电路，电源电路用于与外部电源连接，并为所述测量太阳辐射的电路供电，所述电源电路基于芯片ry8401和ams1117-5.0实现。电源电路的输入vin为12v，输出为9v和5v，具体电路可以参考图1的中间部分。
34.在本实用新型的测量太阳辐射的电路中，还包括电压电流变送电路，电压电流变送电路用于将12v的电压转为电流进行输出，供其他连接至电压电流变送电路的电路进行工作。电压电流变送电路包括第二低通滤波器、第三运算放大器u2a、第四运算放大器u2b以及三极管n1，第二低通滤波器包含第二滤波电阻r7和第二滤波电容c4，r7大小为68k，c4大小为0.1μf，第二滤波电阻r7连接在stm8s003f3p6的第13引脚和stm8s003f3p6的同相输入端之间，第二滤波电容c4一端连接stm8s003f3p6的同相输入端，另一端接地，第二低通滤波器用于滤除stm8s003f3p6传递过来的控制信号中噪声。所述第三运算放大器u2a的反向输入端与输出端直接连接构成跟随器，所述第三运算放大器u2a的输出端通过第八电阻r5与第四运算放大器u2b的同向输入端相连，第四运算放大器u2b的同向输入端通过第九电阻r1连接至电流输出端tout，第四运算放大器u2b的输出端通过基极电阻r5与三极管n1的基极连接，三极管n1的集电极与正电源12v连接，三极管n1的发射极通过输出电阻r13连接电流输出端，并通过第十电阻r12与第四运算放大器u2b的反向输入端连接，第四运算放大器u2b的反向输入端通过第十一电阻r10连接至地。
35.电压电流变送电路的工作原理为：stm8s003f3p6的第13引脚输出pwm信号，经过第二低通滤波信号进行噪声滤波后，由u2a所在的跟随器进行输出，然后在u2b处进行电压电流转换，运算放大器u2b输出端通过r8与n1进行电流放大增大电流输出能力，电阻r13通过连接n1的发射极构成负反馈，电阻r12连接电阻r13的高电压端和运算放大器u2b的反向输入端构成负反馈，电阻r1连接电阻r13的低电压端和运算放大器u2b的同向输入端构成正反馈使得电阻r13两端电压与运算放大器u2a的输出端电压呈线性关系且由
于r13阻值为100r，故输出电流实现电压电流转换。
36.本实用新型整体的工作原理为：两个电堆产生的电信号经过u5a所在部分电路经过差分后，由u5b在部分电路进行放大，然后经过第一低通滤波电路进行低通滤波，然后控制芯片u1进行ad采集，得到电信号的大小，然后转化为当时的辐射强度，如此可以测量一段时间内的实时辐射强度，然后转换为辐射量，然后通过rs485通信电路通信电路传输出去，并可以通过rs485通信电路与外部设备进行通信，控制控制器u1的pwm信号，从而控制电压电流变送电路的工作状态。
37.以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。