Implementation of an intelligent sensor for measurement and prediction of solar radiation and atmospheric temperature

Dissertação de mestrado, Engenharia Electrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2011

The aim of this study was to develop an intelligent sensor for aquiring temperature, solar radiation and cloudiness index data, and use these measured values to predict temperature and solar radiation in a near future. The prototype produced could ultimately be used in systems related to thermal comfort in buildings and the e cient and intelligent use of energy resources. So to incorporate these functionalities, a small and portable prototype was developed, which consisted in: a CCTV camera with a sh-eye lense for sky images aquisition; a computer of format mini-itx with a Linux operating system, for data aquisition and processing; a GPS to enable automatic use independent of the system's geographical position; a pyranometer for regular measurements of solar radiation; a temperature probe, for regular measurements of outdoor temperature; a shadow band to eliminate the sun's are e ect on sky images; Arduino, an open source electronics prototyping platform that aquires data from the temperature and solar radiation sensors, as well as processing the data provided by the GPS and controlling the shadow band; neural networks of the type NARX (not developed in this present study), which use the aquired data to forecast the cloudiness index, solar radiation and temperature, in the next four hours. The system was programmed to aquire data, both from the sensors and the camera, every five minutes.

Este estudo prende-se com a necessidade de desenvolver um prot otipo que para al em de aquisi c~ao de dados de temperatura, radia c~ao solar e ndices de nebulosidade, fa ca tamb em uma previs~ao da temperatura e radia c~ao solar num futuro pr oximo. Prot otipo esse que possa ser utilizado em sistemas visem o conforto t ermico, bem como uma utiliza c~ao inteligente de energia. Por forma a incorporar estas funcionalidades, foi desenvolvido um prot otipo de dimens~ oes reduzidas que incorpora uma c^amara de CCTV com uma lente sh-eye, utilizada para a captura de imagens do c eu; um computador de formato mini-itx com um sistema operativo Linux, que trata da aquisi c~ao e processamento de dados; um GPS, para permitir uma utiliza c~ao autom atica e independente do posicionamento do sistema; um piran ometro, para realizar medi c~oes regulares de radia c~ao solar; um sensor de temperatura, para efectuar medi c~oes regulares da temperatura exterior; uma banda solar, utilizada para eliminar os efeitos do brilho do sol nas imagens capturadas; uma plataforma de prototipagem electr onica open source chamada Arduino, que realiza a aquisi c~ao dos dados dos sensores de radia c~ao solar e temperatura, bem como o tratamento dos dados que prov^em do GPS e o controlo do movimento da banda solar; redes neuronais NARX (n~ao desenvolvidas neste estudo), que utilizam os dados adquiridos para fazer a previs~ao do ndice de nebulosidade, radia c~ao solar e temperatura num horizonte de 4 horas. O sistema efectua as medi c~oes dos sensores e a captura de imagens de cinco em cinco minutos.