UltraV: Máy đo chỉ số UV di động: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Không thể tiếp xúc với ánh nắng mặt trời do một vấn đề về da liễu, tôi đã sử dụng thời gian trên bãi biển để xây dựng một máy đo tia cực tím. UltraV.

Nó được xây dựng trên Arduino Nano rev3, với cảm biến UV, bộ chuyển đổi DC / DC để tăng điện áp pin 3v và màn hình OLED nhỏ. Mục tiêu chính của tôi là giữ nó di động, để tôi có thể dễ dàng biết chỉ số UV trong bất kỳ thời điểm nào và ở bất kỳ đâu.

Bước 1: Các bộ phận và thành phần

• Vi điều khiển Arduino Nano rev.3
• Cảm biến UV ML8511
• Màn hình OLED 128 × 64 (SSD1306)
• Nâng cấp MT3608 DC-DC
• Pin CR2
• Giá đỡ pin CR2
• chuyển
• trường hợp bao vây

Bước 2: Cảm biến

ML8511 (Lapis Semiconductors) là một cảm biến UV, phù hợp để thu được cường độ UV trong nhà hoặc ngoài trời. ML8511 được trang bị bộ khuếch đại bên trong, giúp chuyển đổi dòng quang thành điện áp tùy thuộc vào cường độ tia cực tím. Tính năng độc đáo này cung cấp một giao diện dễ dàng với các mạch bên ngoài như ADC. Ở chế độ tắt nguồn, dòng điện chờ điển hình là 0,1µA, do đó cho phép tuổi thọ pin lâu hơn.

Đặc trưng:

• Điốt quang nhạy cảm với UV-A và UV-B
• Bộ khuếch đại hoạt động nhúng
• Đầu ra điện áp tương tự
• Dòng cung cấp thấp (300µA typ.) Và dòng điện chờ thấp (0.1µA typ.)
• Gói gắn kết bề mặt nhỏ và mỏng (4,0mm x 3,7mm x 0,73mm, QFN gốm 12 chân)

Rất tiếc, tôi không có cơ hội tìm thấy bất kỳ vật liệu trong suốt chống tia UV nào để bảo vệ cảm biến. Bất kỳ loại bìa trong suốt nào mà tôi đã thử nghiệm (nhựa, thủy tinh, v.v.) đều làm suy yếu phép đo tia cực tím. Sự lựa chọn tốt hơn dường như là thủy tinh silica nung chảy thạch anh, nhưng tôi không tìm thấy loại nào có giá hợp lý, vì vậy tôi quyết định để cảm biến bên ngoài hộp, ngoài trời.

Bước 3: Hoạt động

Để đo, chỉ cần bật thiết bị và hướng nó về phía mặt trời trong vài giây, giữ nó thẳng hàng với hướng của tia nắng. Sau đó, xem trên màn hình: chỉ số ở bên trái luôn hiển thị số đo tức thì (mỗi chỉ số 200 mili giây), trong khi số đọc ở bên phải là số đọc tối đa được thực hiện trong phiên này: đó là chỉ số bạn cần.

Ở phần dưới bên trái của màn hình, nó cũng được báo cáo là danh pháp tương đương của WHO (THẤP, TRUNG CẤP, CAO, RẤT CAO, CỰC KỲ) cho chỉ số UV đo được.

Bước 4: Điện áp pin và đọc

Tôi chọn pin CR2, vì kích thước và dung lượng của nó (800 mAh). Tôi đã sử dụng UltraV trong suốt mùa hè và pin vẫn đọc 2,8 v, vì vậy tôi khá hài lòng về sự lựa chọn. Khi hoạt động, mạch thoát ra khoảng 100 mA, nhưng chỉ số đo không mất quá vài giây. Vì điện áp danh định của pin là 3v, tôi đã thêm một bộ chuyển đổi bước lên DC-DC để đưa điện áp lên đến 9 volt và kết nối nó với chân Vin.

Để có chỉ báo điện áp pin trên màn hình, tôi đã sử dụng đầu vào tương tự (A2). Đầu vào tương tự Arduino có thể được sử dụng để đo điện áp DC từ 0 đến 5V, nhưng kỹ thuật này yêu cầu hiệu chuẩn. Để thực hiện hiệu chuẩn, bạn sẽ cần một đồng hồ vạn năng. Đầu tiên cấp nguồn cho mạch bằng pin cuối cùng của bạn (CR2) và không sử dụng nguồn USB từ máy tính; đo 5V trên Arduino từ bộ điều chỉnh (được tìm thấy trên chân 5V của Arduino): điện áp này được sử dụng cho điện áp tham chiếu Arduino ADC theo mặc định. Bây giờ đặt giá trị đo được vào bản phác thảo như sau (giả sử tôi đọc 5.023):

điện áp = ((dài) sum / (dài) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0;

Trong bản phác thảo, tôi đang lấy phép đo điện áp trung bình trên 10 mẫu.

Bước 5: Sơ đồ và kết nối

Bước 6: Phần mềm

Đối với màn hình, tôi đã sử dụng U8g2lib rất linh hoạt và mạnh mẽ cho loại màn hình OLED này, cho phép nhiều lựa chọn phông chữ và chức năng định vị tốt.

Liên quan đến việc đọc điện áp từ ML8511, tôi đã sử dụng chân tham chiếu Arduino 3.3v (chính xác trong vòng 1%) làm cơ sở cho bộ chuyển đổi ADC. Vì vậy, bằng cách thực hiện chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số trên chân 3,3V (bằng cách kết nối nó với A1) và sau đó so sánh số đọc này với số đọc từ cảm biến, chúng tôi có thể ngoại suy giá trị đọc thực tế, bất kể số VIN là bao nhiêu (miễn là nó trên 3,4V).

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

Tải xuống mã đầy đủ từ liên kết sau đây.

Bước 7: Vỏ bọc

Sau một số thử nghiệm (không tốt) về việc cắt thủ công cửa sổ hiển thị hình chữ nhật trên một hộp nhựa thương mại, tôi quyết định thiết kế riêng cho nó. Vì vậy, với một ứng dụng CAD, tôi đã thiết kế một chiếc hộp và để giữ cho nó nhỏ nhất có thể, tôi đã gắn pin CR2 ra bên ngoài ở mặt sau (với một giá đỡ pin được dán trên chính hộp).

Tải xuống tệp STL cho trường hợp bao vây, từ liên kết sau.

Bước 8: Cải tiến có thể có trong tương lai

• Sử dụng máy đo phổ UV để đo các giá trị UV-Index thực tế theo thời gian thực trong các điều kiện khác nhau (máy quang phổ UV rất đắt);
• Ghi đồng thời đầu ra từ ML8511 với vi điều khiển Arduino;
• Viết thuật toán để liên hệ đầu ra ML8511 với giá trị UVI thực tế trong thời gian thực trong một loạt các điều kiện khí quyển.

Bước 9: Thư viện hình ảnh

Bước 10: Tín dụng

• Carlos Orts:
• Diễn đàn Arduino:
• Khởi nghiệp Điện tử:
• U8g2lib:
• Tổ chức Y tế Thế giới, Chỉ số UV: