UltraV: φορητός μετρητής UV-index: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Μη μπορώντας να εκτεθώ στον ήλιο λόγω δερματολογικού προβλήματος, χρησιμοποίησα τον χρόνο που θα είχα περάσει στην παραλία για να φτιάξω έναν μετρητή υπεριώδους ακτινοβολίας. UltraV.

Είναι χτισμένο σε Arduino Nano rev3, με αισθητήρα UV, μετατροπέα DC/DC για αύξηση της τάσης μπαταρίας 3v και μικρή οθόνη OLED. Ο κύριος στόχος μου ήταν να το κρατήσω φορητό, ώστε να μπορώ εύκολα να γνωρίζω τον δείκτη UV σε κάθε στιγμή και σε οποιοδήποτε μέρος.

Βήμα 1: Μέρη και εξαρτήματα

• Μικροελεγκτής Arduino Nano rev.3
• Αισθητήρας UV ML8511
• Διπλή OLED 128 × 64 (SSD1306)
• Ενίσχυση MT3608 DC-DC
• Μπαταρία CR2
• Θήκη μπαταρίας CR2
• διακόπτης
• θήκη περιβλήματος

Βήμα 2: Ο αισθητήρας

Ο ML8511 (Lapis Semiconductors) είναι ένας αισθητήρας υπεριώδους ακτινοβολίας, ο οποίος είναι κατάλληλος για απόκτηση υπεριώδους έντασης σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους. Το ML8511 είναι εξοπλισμένο με εσωτερικό ενισχυτή, ο οποίος μετατρέπει το ρεύμα φωτογραφίας σε τάση ανάλογα με την ένταση UV. Αυτό το μοναδικό χαρακτηριστικό προσφέρει μια εύκολη διασύνδεση σε εξωτερικά κυκλώματα όπως το ADC. Στη λειτουργία απενεργοποίησης, το τυπικό ρεύμα αναμονής είναι 0,1 μA, επιτρέποντας έτσι μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Χαρακτηριστικά:

• Φωτοδιόδος ευαίσθητη σε UV-A και UV-B
• Ενσωματωμένος λειτουργικός ενισχυτής
• Αναλογική έξοδος τάσης
• Χαμηλό ρεύμα τροφοδοσίας (300μA τυπ.) Και χαμηλό ρεύμα αναμονής (0.1μA τυπ.)
• Μικρή και λεπτή συσκευασία στήριξης επιφάνειας (4,0mm x 3,7mm x 0,73mm, κεραμικό QFN 12 ακίδων)

Δυστυχώς, δεν είχα την ευκαιρία να βρω υλικό διαφανές για υπεριώδη ακτινοβολία για την προστασία του αισθητήρα. Οποιοδήποτε είδος διαφανούς καλύμματος που δοκίμασα (πλαστικό, γυαλί κ.λπ.) εξασθένησε τη μέτρηση UV. Η καλύτερη επιλογή φαίνεται να είναι το γυαλί πυριτίου με τήξη χαλαζία, αλλά δεν βρήκα κανένα σε λογική τιμή, οπότε αποφάσισα να αφήσω τον αισθητήρα έξω από το κουτί, σε υπαίθριο χώρο.

Βήμα 3: Λειτουργίες

Για να λάβετε ένα μέτρο, απλώς ενεργοποιήστε τη συσκευή και στρέψτε την προς τον ήλιο για αρκετά δευτερόλεπτα, διατηρώντας την ευθυγραμμισμένη με την κατεύθυνση των ακτίνων του ήλιου. Στη συνέχεια, παρακολουθήστε στην οθόνη: ο δείκτης στα αριστερά δείχνει πάντα το άμεσο μέτρο (ένα κάθε 200 ms), ενώ η ένδειξη στα δεξιά είναι η μέγιστη ένδειξη που πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια αυτής της συνεδρίας: αυτή είναι που χρειάζεστε.

Στο κάτω αριστερό μέρος της οθόνης αναφέρεται επίσης η ισοδύναμη ονοματολογία του WHO (LOW, MODERATE, HIGH, VERY HIGH, EXTREME) για τον μετρημένο δείκτη UV.

Βήμα 4: Τάση μπαταρίας και ανάγνωση

Επιλέγω μια μπαταρία CR2, για το μέγεθος και τη χωρητικότητά της (800 mAh). Χρησιμοποίησα το UltraV όλο το καλοκαίρι και η μπαταρία εξακολουθεί να διαβάζει 2,8 v, οπότε είμαι αρκετά ικανοποιημένος από την επιλογή. Όταν λειτουργεί, το κύκλωμα αποστραγγίζεται περίπου 100 mA, αλλά η μέτρηση της ανάγνωσης δεν διαρκεί περισσότερο από μερικά δευτερόλεπτα. Καθώς η ονομαστική τάση της μπαταρίας είναι 3v, πρόσθεσα έναν μετατροπέα επιτάχυνσης DC-DC για να φέρει την τάση στα 9 βολτ και τον συνέδεσα με τον πείρο Vin.

Για να έχω την ένδειξη τάσης της μπαταρίας στην οθόνη, χρησιμοποίησα μια αναλογική είσοδο (A2). Οι αναλογικές είσοδοι Arduino μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της τάσης DC μεταξύ 0 και 5V, αλλά αυτή η τεχνική απαιτεί βαθμονόμηση. Για να εκτελέσετε τη βαθμονόμηση, θα χρειαστείτε ένα πολύμετρο. Πρώτα τροφοδοτήστε το κύκλωμα με την τελική σας μπαταρία (το CR2) και μην χρησιμοποιήσετε την τροφοδοσία USB από τον υπολογιστή. μετρήστε το 5V στο Arduino από τον ρυθμιστή (βρίσκεται στον πείρο Arduino 5V): αυτή η τάση χρησιμοποιείται για την τάση αναφοράς Arduino ADC από προεπιλογή. Τώρα βάλτε τη μετρημένη τιμή στο σκίτσο ως εξής (ας υποθέσουμε ότι διάβασα 5.023):

τάση = ((μακρύ) άθροισμα / (μακρύ) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0;

Στο σκίτσο, λαμβάνω τη μέτρηση τάσης κατά μέσο όρο πάνω από 10 δείγματα.

Βήμα 5: Σχηματικό και Συνδέσεις

Βήμα 6: Λογισμικό

Για την οθόνη, χρησιμοποίησα το U8g2lib που είναι πολύ ευέλικτο και ισχυρό για αυτού του είδους τις οθόνες OLED, επιτρέποντας μια μεγάλη επιλογή γραμματοσειρών και καλές λειτουργίες τοποθέτησης.

Όσον αφορά την ένδειξη τάσης από το ML8511, χρησιμοποίησα τον πείρο αναφοράς 3.3v Arduino (ακριβής εντός 1%) ως βάση για τον μετατροπέα ADC. Έτσι, κάνοντας μετατροπή αναλογικού σε ψηφιακό στον ακροδέκτη 3,3V (συνδέοντάς το με το Α1) και στη συνέχεια συγκρίνοντας αυτήν την ένδειξη με την ένδειξη από τον αισθητήρα, μπορούμε να κάνουμε παρέκταση μιας πραγματικής ανάγνωσης, ανεξάρτητα από το τι είναι το VIN (αρκεί να είναι πάνω από 3,4V).

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

Κατεβάστε τον πλήρη κώδικα από τον παρακάτω σύνδεσμο.

Βήμα 7: Θήκη περιβλήματος

Μετά από αρκετές (κακές) δοκιμές για το μη αυτόματο κόψιμο του ορθογώνιου παραθύρου της οθόνης σε ένα εμπορικό πλαστικό κουτί, αποφάσισα να σχεδιάσω το δικό μου γι 'αυτό. Έτσι, με μια εφαρμογή CAD σχεδίασα ένα κουτί και για να το διατηρήσω όσο το δυνατόν μικρότερο, τοποθέτησα την μπαταρία CR2 εξωτερικά στην πίσω πλευρά (με μια υποδοχή μπαταρίας κολλημένη στο ίδιο το κουτί).

Κατεβάστε το αρχείο STL για τη θήκη περιβλήματος, από τον ακόλουθο σύνδεσμο.

Βήμα 8: Πιθανές μελλοντικές βελτιώσεις

• Χρησιμοποιήστε ένα φασματόμετρο UV για να μετρήσετε τις πραγματικές τιμές του δείκτη UV σε πραγματικό χρόνο υπό διάφορες συνθήκες (τα φασματόμετρα UV είναι πολύ ακριβά).
• Ταυτόχρονη εγγραφή εξόδου από το ML8511 με τον μικροελεγκτή Arduino.
• Γράψτε αλγόριθμο για να συσχετίσετε την έξοδο ML8511 με την πραγματική τιμή UVI σε πραγματικό χρόνο υπό ένα ευρύ φάσμα ατμοσφαιρικών συνθηκών.

Βήμα 9: Συλλογή εικόνων

Βήμα 10: Μονάδες

• Carlos Orts:
• Φόρουμ Arduino:
• Έναρξη Ηλεκτρονικών:
• U8g2lib:
• Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας, Δείκτης UV: