UltraV: przenośny miernik wskaźnika UV: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Nie będąc w stanie wystawić się na słońce z powodu problemu dermatologicznego, wykorzystałem czas spędzony na plaży na zbudowanie miernika promieniowania ultrafioletowego. UltraV.

Jest zbudowany na Arduino Nano rev3, z czujnikiem UV, konwerterem DC/DC podnoszącym napięcie akumulatora 3V i małym wyświetlaczem OLED. Moim głównym celem było utrzymanie go w formie przenośnej, abym mógł łatwo poznać indeks UV w dowolnym momencie i miejscu.

Krok 1: Części i komponenty

• Mikrokontroler Arduino Nano rev.3
• Czujnik UV ML8511
• Wyświetlacz OLED 128×64 (SSD1306)
• Wzmocnienie MT3608 DC-DC
• Bateria CR2
• Uchwyt baterii CR2
• przełącznik
• obudowa obudowy

Krok 2: Czujnik

ML8511 (Lapis Semiconductors) to czujnik UV, który nadaje się do pomiaru natężenia UV w pomieszczeniach lub na zewnątrz. ML8511 jest wyposażony w wewnętrzny wzmacniacz, który zamienia fotoprąd na napięcie w zależności od natężenia promieniowania UV. Ta unikalna funkcja oferuje łatwy interfejs do obwodów zewnętrznych, takich jak ADC. W trybie wyłączania typowy prąd czuwania wynosi 0,1 µA, co zapewnia dłuższą żywotność baterii.

Cechy:

• Fotodioda wrażliwa na UV-A i UV-B
• Wbudowany wzmacniacz operacyjny
• Analogowe wyjście napięciowe
• Niski prąd zasilania (typ. 300 µA) i niski prąd czuwania (typ. 0,1 µA)
• Mała i cienka obudowa do montażu powierzchniowego (4,0 mm x 3,7 mm x 0,73 mm, 12-stykowy ceramiczny QFN)

Niestety nie udało mi się znaleźć żadnego materiału przepuszczającego promienie UV do ochrony czujnika. Każdy rodzaj przezroczystej osłony, którą testowałem (plastik, szkło itp.) tłumił pomiar UV. Lepszym wyborem wydaje się być szkło kwarcowe z topioną krzemionką, ale nie znalazłem żadnego w rozsądnej cenie, więc postanowiłem zostawić czujnik poza pudełkiem, na świeżym powietrzu.

Krok 3: Operacje

Aby dokonać pomiaru wystarczy włączyć urządzenie i skierować je na słońce przez kilka sekund, trzymając je w jednej linii z kierunkiem promieni słonecznych. Następnie obserwuj na wyświetlaczu: indeks po lewej stronie zawsze pokazuje pomiar natychmiastowy (jeden na 200 ms), podczas gdy odczyt po prawej to maksymalny odczyt uzyskany podczas tej sesji: to jest ten, którego potrzebujesz.

W lewej dolnej części wyświetlacza podana jest również odpowiednik nomenklatury WHO (NISKI, UMIARKOWANY, WYSOKI, BARDZO WYSOKI, EKSTREMALNY) dla mierzonego wskaźnika UV.

Krok 4: Napięcie i odczyt baterii

Wybieram baterię CR2, ze względu na jej rozmiar i pojemność (800 mAh). Używałem UltraV przez całe lato, a bateria nadal odczytuje 2,8 V, więc jestem całkiem zadowolony z wyboru. Podczas pracy obwód pobiera około 100 mA, ale odczyt pomiaru nie trwa dłużej niż kilka sekund. Ponieważ nominalne napięcie akumulatora wynosi 3 V, dodałem konwerter podwyższający napięcie DC-DC, aby doprowadzić napięcie do 9 woltów i podłączyłem go do pinu Vin.

Aby mieć wskazanie napięcia akumulatora na wyświetlaczu, użyłem wejścia analogowego (A2). Wejścia analogowe Arduino mogą być używane do pomiaru napięcia DC w zakresie od 0 do 5 V, ale ta technika wymaga kalibracji. Do wykonania kalibracji potrzebny będzie multimetr. Najpierw zasil obwód końcową baterią (CR2) i nie używaj zasilania USB z komputera; zmierzyć 5 V na Arduino z regulatora (znajdującego się na pinie Arduino 5 V): to napięcie jest domyślnie używane dla napięcia odniesienia Arduino ADC. Teraz umieść zmierzoną wartość na szkicu w następujący sposób (przypuśćmy, że przeczytałem 5.023):

napięcie = ((długie)suma / (długie)NUM_SAMPLES * 5023) / 1024,0;

W szkicu pomiar napięcia biorę jako średnią z 10 próbek.

Krok 5: Schemat i połączenia

Krok 6: Oprogramowanie

Do wyświetlania użyłem U8g2lib, który jest bardzo elastyczny i wydajny dla tego rodzaju wyświetlaczy OLED, umożliwiając szeroki wybór czcionek i dobre funkcje pozycjonowania.

Jeśli chodzi o odczyt napięcia z ML8511, użyłem pinu referencyjnego Arduino 3,3 V (dokładność w granicach 1%) jako podstawy konwertera ADC. Tak więc, wykonując konwersję analogowo-cyfrową na pinie 3,3 V (podłączając go do A1), a następnie porównując ten odczyt z odczytem z czujnika, możemy ekstrapolować rzeczywisty odczyt, bez względu na to, jaki jest VIN (o ile jest powyżej 3,4V).

int uvLevel = średniaAnalogRead(UVOUT);int refLevel = średniaAnalogRead(REF_3V3);zmienne napięcie wyjściowe = 3,3 / refLevel * uvLevel;

Pobierz pełny kod z poniższego linku.

Krok 7: Obudowa obudowy

Po kilku (złych) testach ręcznego wycinania prostokątnego okna wystawowego na komercyjnym plastikowym pudełku, postanowiłem zaprojektować dla niego własne. Tak więc za pomocą aplikacji CAD zaprojektowałem pudełko i aby było jak najmniejsze, zamontowałem baterię CR2 zewnętrznie z tyłu (z uchwytem baterii przyklejonym do samego pudełka).

Pobierz plik STL dla obudowy obudowy z poniższego linku.

Krok 8: Możliwe przyszłe ulepszenia

• Wykorzystaj spektrometr UV do pomiaru rzeczywistych wartości wskaźnika UV w różnych warunkach (spektrometry UV są bardzo drogie);
• Jednocześnie nagrywaj dane wyjściowe z ML8511 za pomocą mikrokontrolera Arduino;
• Napisz algorytm do powiązania wyjścia ML8511 z rzeczywistą wartością UVI w czasie rzeczywistym w szerokim zakresie warunków atmosferycznych.

Krok 9: Galeria obrazów

Krok 10: Kredyty

• Carlos Orts:
• Forum Arduino:
• Uruchamianie elektroniki:
• U8g2lib:
• Światowa Organizacja Zdrowia, indeks UV: