專利名稱：一種風速、光輻照度同步測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一、所屬技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于應(yīng)用于氣象自動測量的一種裝置，涉及一種風速、光輻照度同步測試儀。
二背景技術(shù)：
在當前氣象觀測部門和市場上，有多種風速測量裝置。比如常用的機械風杯式風速測量儀、感應(yīng)式風速計等，他們的記錄方式多為模擬讀數(shù)。此外還有光電編碼式風速計，激光多普勒風速測量儀等，一般精度較高。我國太陽輻射觀測站使用的輻射表大多是熱電型的，由感應(yīng)面和溫差電堆組成，E＝A(t1＝t2)，其中E為幅照度，A為常數(shù)，t1為感應(yīng)面溫度，t2為冷端溫度(空氣溫度)，記錄方式也是模擬讀數(shù)式。
目前市場上雖然有許多風速計和光輻照度測試儀，但都不能風、光同時測量，而且輻照度測試儀成本較高。氣象觀測部門對風速的觀測一般采用比恩法，10鐘記錄一次數(shù)據(jù)，采用模擬讀數(shù)據(jù)，費人力，精度不高，時間間隔較大，并且不能得到時間間隔較小的離散風速、光輻照度數(shù)據(jù)。
三
發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠同時測量風速、光輻照度的測試儀。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種自動風速、光輻照度同步測試儀，包括，一機殼，機殼內(nèi)設(shè)置有控制電路板和與之相連接的電源；其特點是，控制電路板通過電路接口還連接有一測量風機的風速傳感器和一能與計算機串口連接的接口轉(zhuǎn)換器；在控制電路板上設(shè)置有微控制器，與微控制器連接有一光頻轉(zhuǎn)換器件、和風速信號調(diào)理電路；光頻轉(zhuǎn)換器件安裝在機殼的頂板上且露出于機殼之外，風速信號調(diào)理電路通過電路接口和風速傳感器相連；微控制器通過串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換卡相連。
本發(fā)明的其它一些特點是，所述微控制器采用的型號為MSP430F149單片機，所述光頻轉(zhuǎn)換器件采用的型號為TSL230B，所述電平轉(zhuǎn)換卡采用的型號為RS485/RS232接口轉(zhuǎn)換器。
所述風速信號調(diào)理電路為半波精密整流放大電路，將風速信號調(diào)理成直流電壓信號。
本發(fā)明的風速、光輻照度同步測試儀，可以將風、光同步測量，在一個測試周期內(nèi)，完成對風速、光輻照度的采集。另一特點是離散數(shù)據(jù)的小間隔，發(fā)明中設(shè)定的測試頻率是10Hz，所測得的數(shù)據(jù)，實時性好，離線時可以分析某地的風能、太陽能分布特征，為風光互補分散電源的設(shè)計提供依據(jù)；在線時，可以將實時數(shù)據(jù)作為控制信號直接送到分散電源控制中心，得到對實際情況的完全復現(xiàn)，對于風光互補分散電源的研究有著重要的意義。
四

圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是本發(fā)明的電路框圖；圖3是本發(fā)明的風速信號調(diào)理電路原理圖；圖4是本發(fā)明實施例中的TSL230B與MSP430F149的接口電路圖；圖5是本發(fā)明實施例中的具體電路原理圖；圖6是本發(fā)明的實物圖片。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的具體實例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
參見圖1～6，依照本發(fā)明的技術(shù)方案，該自動風速、光輻照度同步測試儀，包括，一機殼6，機殼6內(nèi)設(shè)置有控制電路板4和與之相連接的電源5；控制電路板4通過電路接口還連接有一測量風機的風速傳感器1和一能與計算機串口連接的電平轉(zhuǎn)換卡7；在控制電路板4上設(shè)置有微控制器401，與微控制器401連接的有一光頻轉(zhuǎn)換器件402、和風速信號調(diào)理電路403；光頻轉(zhuǎn)換器件402安裝在機殼6的頂板上且露出于機殼之外，風速信號調(diào)理電路403通過電路接口和風速傳感器1相連；微控制器401通過串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換卡7相連。
在本發(fā)明中，測量風速部分仍然使用的是機械風杯旋轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu)，從EL型電接風向風速儀感應(yīng)器改裝而來，保留其風杯、主軸，小型同步測速發(fā)電機和底座。風杯為圓錐形三杯，轉(zhuǎn)動半徑R＝14.75cm；風杯軸的下端固定一塊八極磁鋼，磁鋼插在定子線圈中，從而構(gòu)成一個交流發(fā)電機，兩根輸出端為風速對應(yīng)的交流電壓信號和地。
由于得到的風速電壓信號幅值較小，且是交流信號。本發(fā)明利用運算放大器設(shè)計了一種半波精密整流放大電路(參見圖3)，利用集成運放的放大作用和深度負反饋克服二極管非線性造成的誤差。后級運放將整流后的直流信號再次放大，得到所需要的電壓值進入微控制器MSP430F149內(nèi)部的ADC，3.3V穩(wěn)壓管保護進入AD的電壓值不宜過高。將風速信號調(diào)理成直流(0-3.3V)。風速值與直流電壓值之間成線性比例。
TI(美國德州儀器)公司的TSL230B芯片，可以將光轉(zhuǎn)換成頻率信號，本發(fā)明中選用了該元件，它主要由多晶硅光電二極管和單片COMS電流頻率集成轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。多晶硅光電二極管對光強信號進行光電轉(zhuǎn)換，把一定光譜的光轉(zhuǎn)換成電流，再由電流/頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率。輸出頻率信號進入微控制器計數(shù)。
本發(fā)明使用的微控制器選用了TI公司新型的16位單片機MSP430F149，片上資源豐富、功耗極低，開發(fā)方便。
本發(fā)明的電源部分，采用蓄電池供電，通過電壓轉(zhuǎn)換元件7805，7660，LM317分別向控制板提供+5、-5、+3.3電壓。
為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算機記錄和存儲，發(fā)明中利用微控制器的串行接口進行通信，通過RS485轉(zhuǎn)換芯片MAX3485E，與PC機的串口相連，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)接受。PC的串口上需插一塊RS485/RS232電平轉(zhuǎn)換卡。
為了能在計算機里接受和存儲所測量的實時數(shù)據(jù)，本發(fā)明中采用LabWindows/CVI語言開發(fā)了上位機通信程序，安裝后即可使用。
本發(fā)明風速的測量范圍為2～40m/s。
本發(fā)明在實施過程中采用的主要零部件如下表所示

本發(fā)明的工作原理是，測速發(fā)電機3的輸出為風速speed信號和地。經(jīng)過圖3所示的半波精密整流放大電路后進入微控制MSP430F149的A/D通道；光頻轉(zhuǎn)換器件TSL230B，可以直接和微控制器相連接如圖4所示。但它必須露出于機殼之外，便于接受光照射?？刂瓢迳霞闪宋⒖刂破骷捌渫鈬涌陔娐贰SL230B、485芯片MAX3485E、風速調(diào)理部分、幾個電壓轉(zhuǎn)換芯片等。電源部分采用蓄電池作為能源，可以直接充電免維護。機殼的后面有儀器總的接線端子。
圖5是本發(fā)明實施例中的具體電路原理圖；圖中12V蓄電池向系統(tǒng)提供電源，經(jīng)過7805穩(wěn)壓器件后得到+5V電壓，由7660元件將+5V變成-5V電壓；12V經(jīng)過LM317三端可調(diào)穩(wěn)壓器件得到3.3V電壓。系統(tǒng)中三種電壓共存，+3.3V向微控制器MSP430F149和485芯片MAX3485E供電+5V向光頻轉(zhuǎn)換器TSL230B供電，同時雙運放LM1458需要±5V電壓。風速信號經(jīng)由LM1458和二極管構(gòu)成的半波精密整流放大電路后得到直流信號，送入微控制器MSP430F149的內(nèi)部ADC，選擇通道A0，單次轉(zhuǎn)換，選用內(nèi)部電壓基準2.5V，3.3V穩(wěn)壓管保護進入AD的電壓值不宜過高。與微控制器相連的14針JTAG口，為仿真器接口，供程序調(diào)試和下載用。微控制器的P2.0～P2.3與光頻轉(zhuǎn)換器件TSL230B的四個控制端S0、S1、S2、S3相連，控制它的靈敏度和輸出量程選擇，轉(zhuǎn)換后的頻率信號由P1.1連接到控制器的捕獲輸入端。程序中選擇上升沿捕獲有效，通過計算兩次捕獲時間內(nèi)計數(shù)器的數(shù)值差，便可以計算出TSL230B輸出的頻率值。微控制器的串行異步通信口UTXD0、URXD0與MAX3485E的輸入輸出端相連接，轉(zhuǎn)換后A、B信號線及+5V、地與傳輸電纜相接。除了以上主要電路模塊外還有微控制器的復位電路，濾波電容網(wǎng)絡(luò)等。
發(fā)明人制作了一臺風速、光輻照度測試儀，實物見圖6。每0.1s采集一次風速和輻照度，數(shù)據(jù)通過串口自動送計算機存儲，能夠?qū)崿F(xiàn)風速、光輻照度的同步測量。采用本發(fā)明，所測得數(shù)據(jù)已在風力發(fā)電系統(tǒng)智能控制中得到應(yīng)用，用來模擬風速輸入風機的模擬裝置中，該儀器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，便于攜帶。
權(quán)利要求1.一種自動風速、光輻照度同步測試儀，包括，一機殼6，機殼6內(nèi)設(shè)置有控制電路板4和與之相連接的電源5；其特征在于，控制電路板4通過電路接口連接有一測量風機的風速傳感器1和一能與計算機串口連接的電平轉(zhuǎn)換卡7；在控制電路板4上設(shè)置有微控制器401，與微控制器401連接的有一光頻轉(zhuǎn)換器件402、和風速信號調(diào)理電路403；光頻轉(zhuǎn)換器件402安裝在機殼6的頂板上且露出于機殼之外，風速信號調(diào)理電路403通過電路接口和風速傳感器1相連；微控制器401通過串行通信模塊和電平轉(zhuǎn)換卡7相連。
2.如權(quán)利要求1所述的自動風速、光輻照度同步測試儀，其特征在于，所述微控制器401采用的型號為MSP430F149單片機，所述光頻轉(zhuǎn)換器件402采用的型號為TSL230B，所述電平轉(zhuǎn)換卡7采用的型號為RS485/RS232接口轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的自動風速、光輻照度同步測試儀，其特征在于，所述風速信號調(diào)理電路403為半波精密整流放大電路，將風速信號調(diào)理成直流電壓信號。
專利摘要本實用新型公開了一種自動風速、光輻照度同步測試儀，風速傳感器部分由風杯、主軸、小型同步測速發(fā)電機組成，測速發(fā)電機輸出交流電壓信號經(jīng)半波精密整流放大后，送入微控制MSP430F149的A/D通道。同時，在控制箱的頂部，光頻轉(zhuǎn)換器件可將太陽光總的輻射能轉(zhuǎn)換成頻率，由微控制器捕獲脈沖計算出輻照度。每0.1s采集一次風速和輻照度，數(shù)據(jù)通過串口自動送計算機存儲，能夠?qū)崿F(xiàn)風速、光輻照度的同步測量。該儀器結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍光，成本低，便于攜帶。
文檔編號G01W1/02GK2624218SQ0321868
公開日2004年7月7日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月3日
發(fā)明者康龍云, 左巍, 曹秉剛 申請人:西安交通大學