UltraV: prenosný merač UV indexu: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Keďže som sa kvôli dermatologickým problémom nemohol vystaviť slnku, využil som čas, ktorý by som strávil na pláži, na stavbu merača ultrafialových lúčov. UltraV.

Je postavený na zariadení Arduino Nano rev3 s UV senzorom, prevodníkom DC/DC na zvýšenie napätia batérie 3 V a malým OLED displejom. Mojím hlavným cieľom bolo udržať ho prenosný, aby som mohol ľahko poznať UV index v každom okamihu a na akomkoľvek mieste.

Krok 1: Časti a súčasti

• Mikrokontrolér Arduino Nano rev.3
• UV snímač ML8511
• 128 × 64 OLED diplay (SSD1306)
• Zosilnenie MT3608 DC-DC
• Batéria CR2
• Držiak batérie CR2
• prepínač
• puzdro skrinky

Krok 2: Senzor

ML8511 (Lapis Semiconductors) je UV senzor, ktorý je vhodný na získanie intenzity UV v interiéri alebo exteriéri. ML8511 je vybavený vnútorným zosilňovačom, ktorý prevádza fotoprúd na napätie v závislosti od intenzity UV žiarenia. Táto unikátna funkcia ponúka jednoduché rozhranie s externými obvodmi, ako je ADC. V režime vypnutia je typický pohotovostný prúd 0,1 µA, čo umožňuje dlhšiu životnosť batérie.

Vlastnosti:

• Fotodióda citlivá na UV-A a UV-B
• Zabudovaný operačný zosilňovač
• Analógový výstup napätia
• Nízky napájací prúd (300 µA typ.) A nízky pohotovostný prúd (0,1 µA typ.)
• Malé a tenké balenie na povrchovú montáž (4,0 mm x 3,7 mm x 0,73 mm, 12-kolíkový keramický QFN)

Bohužiaľ som nemal šancu nájsť žiadny materiál priehľadný pre UV žiarenie na ochranu senzora. Akýkoľvek druh transparentného krytu, ktorý som testoval (plast, sklo atď.), Zoslaboval meranie UV. Zdá sa, že lepšou voľbou je kremičité tavené kremičité sklo, ale nenašiel som žiadne za rozumnú cenu, a tak som sa rozhodol nechať snímač mimo škatule, na čerstvom vzduchu.

Krok 3: Operácie

Ak chcete vykonať opatrenie, stačí zapnúť zariadenie a na niekoľko sekúnd ho nasmerovať na slnko, pričom bude zarovnané so smerom slnečných lúčov. Potom sledujte displej: index vľavo vždy zobrazuje okamžitú mieru (jedna každých 200 ms), zatiaľ čo hodnota vpravo je maximálna hodnota vykonaná počas tejto relácie: je to tá, ktorú potrebujete.

V dolnej ľavej časti displeja je tiež uvedená ekvivalentná nomenklatúra WHO (NÍZKA, MODERNÁ, VYSOKÁ, VEĽMI VYSOKÁ, EXTRÉMNA) pre nameraný UV index.

Krok 4: Napätie a čítanie batérie

Vyberám batériu CR2, pre jej veľkosť a kapacitu (800 mAh). UltraV som používal celé leto a batéria stále ukazuje 2,8 V, takže som s výberom celkom spokojný. Počas prevádzky obvod vyčerpá asi 100 mA, ale meranie údajov netrvá dlhšie ako niekoľko sekúnd. Keďže nominálne napätie batérie je 3v, pridal som zosilňovač DC-DC na zvýšenie napätia na 9 voltov a pripojil ho k kolíku Vin.

Na zobrazenie indikácie napätia batérie na displeji som použil analógový vstup (A2). Analógové vstupy Arduino je možné použiť na meranie jednosmerného napätia medzi 0 a 5V, ale táto technika vyžaduje kalibráciu. Na vykonanie kalibrácie budete potrebovať multimetr. Najprv napájajte obvod konečnou batériou (CR2) a nepoužívajte napájanie USB z počítača; zmerajte 5V na Arduine z regulátora (nájdete na pine Arduino 5V): toto napätie sa štandardne používa pre referenčné napätie Arduino ADC. Teraz vložte nameranú hodnotu do náčrtu takto (predpokladám, že som čítal 5,023):

napätie = ((dlhý) súčet / (dlhý) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024,0;

V náčrte beriem meranie napätia ako priemer z 10 vzoriek.

Krok 5: Schéma a pripojenia

Krok 6: Softvér

Na zobrazenie som použil U8g2lib, ktorý je pre tento druh OLED displejov veľmi flexibilný a výkonný, čo umožňuje široký výber písiem a dobré funkcie určovania polohy.

Pokiaľ ide o čítanie napätia z ML8511, ako základ pre prevodník ADC som použil referenčný kolík 3,3v Arduino (s presnosťou do 1%). Vykonaním analógovo-digitálnej konverzie na 3,3 V pine (jeho pripojením k A1) a následným porovnaním týchto údajov s údajmi zo senzora teda môžeme extrapolovať údaje z skutočného života bez ohľadu na to, čo je VIN (pokiaľ je nad 3,4 V).

int uvLevel = averageAnalogRead (UVOUT); int refLevel = averageAnalogRead (REF_3V3); float outputVoltage = 3,3 / refLevel * uvLevel;

Stiahnite si celý kód z nasledujúceho odkazu.

Krok 7: Puzdro na kryt

Po niekoľkých (zlých) testoch ručného rezania obdĺžnikového výkladného okna na komerčnom plastovom boxe som sa rozhodol navrhnúť preň svoje vlastné. Takže pomocou CAD aplikácie som navrhol box a aby bol čo najmenší, namontoval som batériu CR2 zvonku na zadnú stranu (s držiakom batérie nalepeným na samotnom boxe).

Stiahnite si súbor STL pre prípad skrinky z nasledujúceho odkazu.

Krok 8: Možné budúce zlepšenia

• Na meranie skutočných hodnôt UV-indexu v reálnom čase za rôznych podmienok použite UV spektrometer (ultrafialové spektrometre sú veľmi drahé);
• Súčasne zaznamenávajte výstup z ML8511 s mikrokontrolérom Arduino;
• Napíšte algoritmus na priradenie výstupu ML8511 k skutočnej hodnote UVI v reálnom čase za širokého spektra atmosférických podmienok.

Krok 9: Galéria obrázkov

Krok 10: Kredity

• Carlos Orts:
• Fórum Arduino:
• Začíname s elektronikou:
• U8g2lib:
• Svetová zdravotnícka organizácia, UV index: