太陽輻射表多路數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理

寧超 杜平萍 魯長(zhǎng)海

摘要：太陽輻射表是農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域的新興重要觀測(cè)設(shè)備，它的數(shù)據(jù)通過數(shù)字萬用表來讀取，精度只能達(dá)到0.01mV，本位采用6位半數(shù)字萬用表的方法讀取太陽輻射表數(shù)據(jù)，不但采集精度提高至0.001mV，而且通過根據(jù)數(shù)字萬用表接口設(shè)計(jì)擴(kuò)展數(shù)據(jù)線，實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集20路輻射表數(shù)據(jù)的功能，并可以利用軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算和保存，取代人工記錄，大大提高了太陽輻射表觀測(cè)業(yè)務(wù)能力。

關(guān)鍵詞：太陽輻射表;多路數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)： TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI編號(hào)： ? 10.14025/j.cnki.jlny.2019.16.076

太陽直接輻射是用太陽輻射表（簡(jiǎn)稱輻射表或直射表）測(cè)量[1]。此輻射表可廣泛應(yīng)用于太陽能利用、氣象、農(nóng)業(yè)、建筑材料及生態(tài)考察部門[2]。

目前，遼寧省太陽輻射表觀測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀存在以下不足：一是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取為人工讀數(shù)，這種測(cè)量方法一人只能讀取一臺(tái)設(shè)備的數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的觀測(cè)需求;二是萬用表讀數(shù)精度有限，影響輻射能量計(jì)算的準(zhǔn)確性;三是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有專用計(jì)算軟件進(jìn)行處理，存在著很多重復(fù)性勞動(dòng)，工作量大效率低。對(duì)此，本文提出使用6位半數(shù)字萬用表配合專用擴(kuò)展數(shù)接口實(shí)現(xiàn)太陽輻射表的多路采集與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)功能。

1設(shè)計(jì)多路采集數(shù)據(jù)線

根據(jù)Keithley2000高精度數(shù)字多用表的擴(kuò)展接口，設(shè)計(jì)并制作滿足20路太陽輻射表測(cè)量的多路采集數(shù)據(jù)線，其選用HDB44母頭焊接40根鍍錫純銅導(dǎo)線，其性能滿足測(cè)量太陽輻射表的0.001mV的要求[2]，焊點(diǎn)處用熱封套管做絕緣處理，且每一對(duì)導(dǎo)線都做數(shù)字標(biāo)記，用來分清線序，如圖1所示。

2設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)處理軟件

為了能夠最大限度地減輕實(shí)驗(yàn)人員的工作量，需要將采集到的多路輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理。實(shí)現(xiàn)20通路的輻射數(shù)據(jù)并行測(cè)量和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。所以，多路數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)理念是依照輻射表實(shí)驗(yàn)規(guī)程編寫底層數(shù)據(jù)計(jì)算邏輯代碼，并實(shí)現(xiàn)使用簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定的操作界面。該軟件使用python3.7作為開發(fā)環(huán)境，所以環(huán)境特別適合觀測(cè)人員學(xué)習(xí)使用，通過短時(shí)間學(xué)習(xí)就能夠解決業(yè)務(wù)中的很多問題[3]。本文利用numpy、pyqt4等關(guān)鍵包輔助實(shí)現(xiàn)各種功能，例如，將采集數(shù)據(jù).dat文件中的字符串內(nèi)容轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)據(jù)格式，并提取滿足規(guī)程的60行測(cè)量數(shù)據(jù)，代碼如下：

for i in range（ll）：

list_arr[i] = list_arr[i].split（）

a = np.array（list_arr）

a = a[0：60， ：]

dat文件的數(shù)據(jù)提取為計(jì)算機(jī)數(shù)字格式之后，就需要根據(jù)規(guī)程設(shè)計(jì)比對(duì)數(shù)據(jù)處理函數(shù)的代碼，用numpy.std方法代表求矩陣fij的樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差：s=numpy.std（fij， axis=1，ddof=1）。

因?yàn)樵撥浖枰邆渫瑫r(shí)處理20個(gè)輻射表的能力，所以需要20行的信息顯示欄，即要布置20個(gè)pyqt4模塊下的textlabel。但因?yàn)槊看卧囼?yàn)的輻射表數(shù)量無法確定，所以具體使用幾行信息欄的textlabel數(shù)量是不定的，那么，在程序設(shè)計(jì)中就需要通過條件語句解決這個(gè)問題，并使用eval這個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)不確定數(shù)量的邏輯迭代功能，具體代碼如下：

for i in range（len（true_index））：

if abs（self.stability[i]） < lim：

eval（“self.lineEdit”+str（true_index[i]+20）+ “.setText（‘合格）”）

else：

eval（“self.lineEdit”+str（true_index[i]+20）+ “.setText（‘不合格）”）

這里true_index是實(shí)際參與實(shí)驗(yàn)的輻射表數(shù)量，通過函數(shù)eval（）遍歷每一個(gè)參與實(shí)驗(yàn)的輻射表所對(duì)應(yīng)的信息欄，并寫入合格或不合格。

3結(jié)語

太陽輻射表的多通道采集方法以及數(shù)據(jù)處理軟件使用方便簡(jiǎn)單，具有良好的人機(jī)交互特性，使得太陽輻射表的觀測(cè)、數(shù)據(jù)比對(duì)校準(zhǔn)效率顯著提升，而且可以實(shí)現(xiàn)一人操作多臺(tái)設(shè)備的情形，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算完全消除了人為誤差。與其他面向?qū)ο蟮木幊陶Z言相比，python特別適合應(yīng)用到計(jì)量檢定數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，其編程方式簡(jiǎn)單，數(shù)學(xué)函數(shù)豐富，計(jì)量人員不用投入太多時(shí)間學(xué)習(xí)開發(fā)語言就可以完成軟件的編寫，節(jié)省大量時(shí)間。目前，已經(jīng)有大量利用python解決數(shù)學(xué)模型可視化，科研數(shù)據(jù)處理可視化的研究工作，但鮮有將其利用在計(jì)量檢定數(shù)據(jù)處理中，所以，本文為其他檢定業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)處理提供了有效的解決辦法。

參考文獻(xiàn)

[1]黃思源，劉鈞.新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù).北京：氣象出版社，2008.

[2]張文煜.大氣探測(cè)原理與方法.北京：氣象出版社，2007.

[3]Eric Matthes.Python編程從入門到實(shí)踐.北京：人民郵電出版社，2017.

作者簡(jiǎn)介：寧超，本科學(xué)歷，中級(jí)工程師，研究方向：氣象裝備技術(shù)保障。