UltraV: متر قابل اندازه گیری با اشعه ماوراء بنفش: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

به دلیل مشکل پوستی که نمی توانستم خود را در معرض نور خورشید قرار دهم ، از زمانی که در ساحل گذرانده بودم برای ساخت دستگاه سنجش اشعه ماوراء بنفش استفاده کردم. UltraV.

این دستگاه بر روی آردوینو نانو rev3 ، با سنسور UV ، مبدل DC/DC برای افزایش ولتاژ باتری 3 ولت و یک صفحه نمایش کوچک OLED ساخته شده است. هدف اصلی من این بود که آن را قابل حمل نگه دارم ، به طوری که بتوانم شاخص UV را در هر لحظه و در هر مکانی به راحتی بشناسم.

مرحله 1: قطعات و اجزاء

• میکروکنترلر Arduino Nano rev.3
• سنسور UV ML8511
• نمایش 128 × 64 OLED (SSD1306)
• افزایش MT3608 DC-DC
• باتری CR2
• نگهدارنده باتری CR2
• تعویض
• مورد محفظه

مرحله 2: سنسور

ML8511 (نیمه هادی لاپیس) یک سنسور UV است که برای بدست آوردن شدت اشعه ماوراء بنفش در داخل یا خارج از منزل مناسب است. ML8511 مجهز به تقویت کننده داخلی است که بسته به شدت اشعه ماوراء بنفش جریان عکس را به ولتاژ تبدیل می کند. این ویژگی منحصر به فرد یک رابط کاربری آسان برای مدارهای خارجی مانند ADC ارائه می دهد. در حالت خاموش ، جریان آماده به کار معمولی 0.1 µA است ، بنابراین عمر باتری طولانی تری را امکان پذیر می کند.

امکانات:

• فوتودیود به UV-A و UV-B حساس است
• تقویت کننده عملیاتی تعبیه شده
• خروجی ولتاژ آنالوگ
• جریان کم عرضه (نوع 300µA) و جریان آماده به کار کم (نوع 0.1µA).
• بسته روی سطح کوچک و نازک (4.0mm x 3.7mm x 0.73mm ، QFN سرامیکی 12 پین)

متأسفانه ، من فرصتی برای یافتن مواد شفاف UV برای محافظت از سنسور نداشتم. هر نوع پوشش شفافی که آزمایش کردم (پلاستیک ، شیشه و غیره) باعث کاهش اندازه گیری UV می شد. به نظر می رسد انتخاب بهتر شیشه سیلیکا کوارتز است ، اما من هیچ کدام را با قیمت مناسب پیدا نکرده ام ، بنابراین تصمیم گرفتم سنسور را خارج از جعبه ، در هوای آزاد رها کنم.

مرحله 3: عملیات

برای اندازه گیری ، کافی است دستگاه را روشن کرده و برای چند ثانیه آن را به سمت خورشید نشان دهید و آن را در راستای تابش خورشید نگه دارید. سپس صفحه را تماشا کنید: شاخص در سمت چپ همیشه اندازه فوری (هر 200 میلی ثانیه) را نشان می دهد ، در حالی که قرائت در سمت راست حداکثر خوانده شده در این جلسه است: این همان چیزی است که شما نیاز دارید.

در قسمت چپ پایین صفحه نمایش نیز نامگذاری معادل WHO (LOW ، MODERATE ، HIGH ، VERY HIGH ، EXTREME) برای شاخص UV اندازه گیری شده گزارش شده است.

مرحله 4: ولتاژ و خواندن باتری

من یک باتری CR2 را با توجه به اندازه و ظرفیت آن (800 میلی آمپر ساعت) انتخاب می کنم. من در طول تابستان از UltraV استفاده کردم و باتری هنوز 2.8 ولت را می خواند ، بنابراین از انتخاب کاملاً راضی هستم. هنگام کار ، مدار حدود 100 میلی آمپر تخلیه می شود ، اما اندازه گیری خواندن بیش از چند ثانیه طول نمی کشد. از آنجا که ولتاژ اسمی باتری 3 ولت است ، یک مبدل افزایش DC-DC برای افزایش ولتاژ تا 9 ولت اضافه کردم و آن را به پین Vin وصل کردم.

برای اینکه نشانگر ولتاژ باتری روی صفحه نمایش باشد ، از ورودی آنالوگ (A2) استفاده کردم. ورودی های آنالوگ آردوینو را می توان برای اندازه گیری ولتاژ DC بین 0 تا 5V استفاده کرد ، اما این تکنیک نیاز به کالیبراسیون دارد. برای انجام کالیبراسیون ، به مولتی متر نیاز دارید. ابتدا مدار را با باتری نهایی خود (CR2) تغذیه کنید و از USB از کامپیوتر استفاده نکنید. 5 ولت را روی آردوینو از تنظیم کننده اندازه گیری کنید (در پین آردوینو 5 ولت یافت می شود): این ولتاژ به طور پیش فرض برای ولتاژ مرجع آردوینو ADC استفاده می شود. اکنون مقدار اندازه گیری شده را به صورت زیر در طرح قرار دهید (فرض کنید من 5.023 را خوانده ام):

ولتاژ = ((طولانی) مجموع / (طولانی) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0 ؛

در طرح ، اندازه گیری ولتاژ را به طور متوسط بیش از 10 نمونه می گیرم.

مرحله 5: شماتیک و اتصالات

مرحله 6: نرم افزار

برای صفحه نمایش ، از U8g2lib استفاده کردم که برای این نوع نمایشگرهای OLED بسیار انعطاف پذیر و قدرتمند است و امکان انتخاب گسترده ای از فونت ها و عملکردهای موقعیت یابی خوب را فراهم می کند.

در مورد اندازه گیری ولتاژ از ML8511 ، من از پین مرجع 3.3v Arduino (دقیق در 1)) به عنوان پایه ای برای مبدل ADC استفاده کردم. بنابراین ، با انجام تبدیل آنالوگ به دیجیتال روی پین 3.3 ولت (با اتصال آن به A1) و سپس مقایسه این قرائت با خوانده شده از سنسور ، می توانیم یک خوانش واقعی را بدون توجه به VIN (بر اساس) تا زمانی که بالاتر از 3.4 ولت باشد).

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

کد کامل را از لینک زیر بارگیری کنید.

مرحله 7: محفظه محفظه

پس از چندین آزمایش (بد) در مورد برش دستی پنجره صفحه نمایش مستطیلی روی یک جعبه پلاستیکی تجاری ، تصمیم گرفتم که خودم آن را طراحی کنم. بنابراین ، با یک برنامه CAD من یک جعبه طراحی کردم و برای کوچک نگه داشتن آن تا حد امکان ، باتری CR2 را به صورت خارجی در قسمت پشتی (با نگهدارنده باتری چسبیده بر روی خود جعبه) نصب کردم.

فایل STL مورد محفظه را از لینک زیر بارگیری کنید.

مرحله 8: پیشرفت های احتمالی در آینده

• از طیف سنج UV برای اندازه گیری مقادیر واقعی زمان واقعی UV-Index در شرایط مختلف استفاده کنید (طیف سنج UV بسیار گران است).
• ضبط همزمان خروجی از ML8511 با میکروکنترلر آردوینو ؛
• الگوریتمی برای ارتباط خروجی ML8511 با مقدار واقعی UVI در زمان واقعی در طیف وسیعی از شرایط جوی بنویسید.

مرحله 9: گالری تصاویر

مرحله 10: اعتبار

• کارلوس اورتس:
• انجمن آردوینو:
• راه اندازی الکترونیک:
• U8g2lib:
• سازمان جهانی بهداشت ، شاخص UV: