Измерение уровня солнечного излучения

Уровень солнечного излучения измеряется с помощью двух устройств: пиранометра PR, операционного усилителя DA9 и резисторов обратной связи R18-R19 и фоторезистора R20, включенного в цепи делителя R20-R21. Измерение значений напряжения осуществляется с помощью встроенного в микроконтроллер аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Установлено, что величина выходного напряжения пиранометра не превышает U_пр=200 мВ (что соответствует интенсивности солнечного излучения около 1500 Вт/м²), при этом без учёта температуры пиранометра его разрешающая способность по мощности солнечного излучения составляет:

.(14).

Разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя составляет 10 бит. В случае использования в качестве опорного напряжения питания устройства U_оп = U_пит = 5 В и отсутствии усиления сигнала пиранометра разрешающая способность АЦП по напряжению составит:

(15).

а разрешающая способность по интенсивности солнечного излучения в Вт/м² составит:

.(16).

Поскольку величина выходного сигнала пиранометра PR невелика, подключим его к входу операционного усилителя, включенного по схеме не инвертирующего усилителя, выходной сигнал которого поступает на вход микроконтроллера. Тогда допустимый коэффициент усиления операционного усилителя DA9, определяемый резисторами R18-R19, составляет:

.(17).

В качестве опорного напряжения могут быть выбраны [1]:

• · питающее напряжение;
• · внешнее опорное напряжение, которое должно быть ниже питающего напряжения;
• · стабилизированное напряжение от внутреннего стабилизатора: 1,024 В, 2,048 В или 4,096 В.

Используем в качестве опорного напряжения наибольшее напряжение внутреннего стабилизатора, то есть 4,096 В, тогда допустимый коэффициент усиления составит.

.(18).

Использование внутреннего источника опорного напряжения приводит к разрешающей способности по напряжению АЦП.

(19).

Поскольку резисторы обладают отклонением параметров в пределах, определяемых допустимыми отклонениями, после сборки печатной платы может быть проведена калибровка цепи измерения путём подключения вместо пиранометра источника образцового напряжения.

После введения операционного усилителя с ограничением коэффициента усиления величиной 20 в цепь измерений разрешающая способность по интенсивности солнечного излучения в Вт/м² составит:

.(20).