UltraV: портативный измеритель УФ-индекса: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Не имея возможности подвергаться воздействию солнца из-за дерматологических проблем, я использовал время, которое я бы провел на пляже, чтобы построить измеритель ультрафиолетовых лучей. UltraV.

Он построен на Arduino Nano rev3 с УФ-датчиком, преобразователем постоянного / постоянного тока для повышения напряжения батареи 3 В и небольшим OLED-дисплеем. Моей главной целью было сделать его портативным, чтобы я мог легко узнать УФ-индекс в любой момент и в любом месте.

Шаг 1: Детали и компоненты

• Микроконтроллер Arduino Nano rev.3
• ML8511 УФ-датчик
• 128 × 64 OLED-дисплей (SSD1306)
• MT3608 DC-DC повышающий
• CR2 аккумулятор
• Держатель батареи CR2
• выключатель
• корпус

Шаг 2: датчик

ML8511 (Lapis Semiconductors) - это УФ-датчик, который подходит для измерения интенсивности УФ-излучения в помещении или на открытом воздухе. ML8511 оснащен внутренним усилителем, который преобразует фототок в напряжение в зависимости от интенсивности УФ-излучения. Эта уникальная функция предлагает простой интерфейс с внешними цепями, такими как АЦП. В режиме пониженного энергопотребления типичный ток в режиме ожидания составляет 0,1 мкА, что позволяет продлить срок службы батареи.

Функции:

• Фотодиод, чувствительный к УФ-А и УФ-В
• Встроенный операционный усилитель
• Аналоговый выход напряжения
• Низкий ток питания (300 мкА, тип.) И малый ток в режиме ожидания (0,1 мкА, тип.)
• Маленький и тонкий корпус для поверхностного монтажа (4,0 мм x 3,7 мм x 0,73 мм, 12-контактный керамический QFN)

К сожалению, мне не удалось найти какой-либо УФ-прозрачный материал для защиты датчика. Любой вид прозрачной крышки, которую я тестировал (пластик, стекло и т. Д.), Ослаблял УФ-измерение. Лучшим выбором кажется кварцевое стекло из плавленого кварца, но я не нашел его по разумной цене, поэтому решил оставить датчик вне коробки, на открытом воздухе.

Шаг 3: Операции

Чтобы измерить, просто включите устройство и наведите его на солнце в течение нескольких секунд, удерживая его в соответствии с направлением солнечных лучей. Затем наблюдайте за дисплеем: индекс слева всегда показывает мгновенное измерение (по одному каждые 200 мс), а показание справа - это максимальное показание, полученное во время этого сеанса: это то, что вам нужно.

В нижней левой части дисплея также отображается эквивалентная номенклатура ВОЗ (НИЗКИЙ, Умеренный, ВЫСОКИЙ, ОЧЕНЬ ВЫСОКИЙ, ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ) для измеренного УФ-индекса.

Шаг 4: Напряжение батареи и показания

Выбираю батарею CR2, за ее размер и емкость (800 мАч). Я использовал UltraV все лето, и батарея по-прежнему показывает 2,8 В, так что я вполне доволен выбором. Во время работы схема потребляет около 100 мА, но измерение показаний занимает не более нескольких секунд. Поскольку номинальное напряжение батареи составляет 3 В, я добавил повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный, чтобы довести напряжение до 9 вольт, и подключил его к выводу Vin.

Чтобы на дисплее отображалось напряжение батареи, я использовал аналоговый вход (A2). Аналоговые входы Arduino можно использовать для измерения постоянного напряжения от 0 до 5 В, но этот метод требует калибровки. Для калибровки вам понадобится мультиметр. Сначала включите питание схемы от последней батареи (CR2) и не используйте питание USB от компьютера; Измерьте 5 В на Arduino от регулятора (находится на выводе Arduino 5V): это напряжение используется для опорного напряжения АЦП Arduino по умолчанию. Теперь поместите измеренное значение в эскиз следующим образом (предположим, я прочитал 5.023):

напряжение = ((длинная) сумма / (длинная) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0;

В скетче я беру измерение напряжения как среднее по 10 образцам.

Шаг 5: Схема и подключения

Шаг 6: программное обеспечение

Для дисплея я использовал U8g2lib, который является очень гибким и мощным для этого типа OLED-дисплеев, позволяя широкий выбор шрифтов и хорошие функции позиционирования.

Что касается считывания напряжения с ML8511, я использовал опорный вывод Arduino 3,3 В (с точностью до 1%) в качестве основы для преобразователя АЦП. Итак, выполнив аналого-цифровое преобразование на выводе 3,3 В (подключив его к A1), а затем сравнив это показание с показанием датчика, мы можем экстраполировать реальное показание, независимо от того, какой VIN (пока оно выше 3,4 В).

int uvLevel = averageAnalogRead (UVOUT); int refLevel = averageAnalogRead (REF_3V3); float outputVoltage = 3.3 / refLevel * uvLevel;

Загрузите полный код по следующей ссылке.

Шаг 7: Корпус

После нескольких (неудачных) тестов по вырезанию прямоугольного окна дисплея вручную на коммерческой пластиковой коробке я решил спроектировать для него свой собственный. Итак, с помощью приложения САПР я разработал коробку и, чтобы сохранить ее как можно меньше, я установил батарею CR2 снаружи на задней стороне (с держателем батареи, приклеенным к самой коробке).

Загрузите файл STL для корпуса корпуса по следующей ссылке.

Шаг 8: Возможные улучшения в будущем

• Используйте УФ-спектрометр для измерения фактических значений УФ-индекса в реальном времени при различных условиях (УФ-спектрометры очень дороги);
• Одновременная запись вывода ML8511 с микроконтроллером Arduino;
• Напишите алгоритм для соотнесения выходного сигнала ML8511 с фактическим значением UVI в реальном времени в широком диапазоне атмосферных условий.

Шаг 9: Галерея изображений

Шаг 10: кредиты

• Карлос Ортс:
• Форум Arduino:
• Запуск электроники:
• U8g2lib:
• Всемирная организация здравоохранения, УФ-индекс: