UltraV: مقياس مؤشر الأشعة فوق البنفسجية المحمول: 10 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

نظرًا لأنني غير قادر على تعريض نفسي لأشعة الشمس بسبب مشكلة جلدية ، فقد استخدمت الوقت الذي كنت سأقضيه على الشاطئ لبناء مقياس للأشعة فوق البنفسجية. ألترا في.

إنه مبني على Arduino Nano rev3 ، مع مستشعر للأشعة فوق البنفسجية ، ومحول DC / DC لرفع جهد البطارية 3 فولت ، وشاشة OLED صغيرة. كان هدفي الرئيسي هو إبقائه قابلاً للنقل ، حتى أتمكن بسهولة من معرفة مؤشر الأشعة فوق البنفسجية في أي لحظة وفي أي مكان.

الخطوة 1: الأجزاء والمكونات

• متحكم اردوينو نانو rev.3
• مستشعر الأشعة فوق البنفسجية ML8511
• 128 × 64 OLED دبلوم (SSD1306)
• MT3608 DC-DC تصعيد
• بطارية CR2
• حامل بطارية CR2
• تحول
• حالة الضميمة

الخطوة الثانية: جهاز الاستشعار

ML8511 (Lapis Semiconductors) عبارة عن مستشعر للأشعة فوق البنفسجية ، وهو مناسب لاكتساب كثافة الأشعة فوق البنفسجية في الداخل أو الخارج. تم تجهيز ML8511 بمضخم داخلي ، والذي يحول التيار الضوئي إلى الجهد حسب شدة الأشعة فوق البنفسجية. توفر هذه الميزة الفريدة واجهة سهلة للدوائر الخارجية مثل ADC. في وضع خفض الطاقة ، يبلغ تيار الاستعداد النموذجي 0.1 درجة مئوية ، مما يتيح عمر بطارية أطول.

سمات:

• الثنائي الضوئي حساس للأشعة فوق البنفسجية - أ و - ب
• مكبر للصوت التشغيلي المدمج
• خرج الجهد التناظري
• تيار إمداد منخفض (نوع 300 أمبير) وتيار استعداد منخفض (نوع 0.1 درجة أ).
• حزمة تركيب سطح صغير ورقيق (4.0 مم × 3.7 مم × 0.73 مم ، 12 دبوسًا سيراميك QFN)

لسوء الحظ ، لم تتح لي الفرصة للعثور على أي مادة شفافة للأشعة فوق البنفسجية لحماية المستشعر. أي نوع من الغطاء الشفاف الذي اختبرته (بلاستيك ، زجاج ، إلخ) كان يخفف من قياس الأشعة فوق البنفسجية. يبدو أن الخيار الأفضل هو زجاج السيليكا المصهور بالكوارتز ، لكنني لم أجد أيًا منه بسعر معقول ، لذلك قررت ترك المستشعر خارج الصندوق في الهواء الطلق.

الخطوة 3: العمليات

لإجراء قياس ، ما عليك سوى تشغيل الجهاز وتوجيهه إلى الشمس لعدة ثوانٍ ، مع الحفاظ على محاذاة اتجاه أشعة الشمس. ثم شاهد على الشاشة: يعرض الفهرس الموجود على اليسار دائمًا القياس الفوري (واحد كل 200 مللي ثانية) ، بينما القراءة على اليمين هي الحد الأقصى للقراءة المأخوذة خلال هذه الجلسة: هذا هو ما تحتاجه.

في الجزء السفلي الأيسر من الشاشة ، تم الإبلاغ أيضًا عن التسمية المكافئة لمنظمة الصحة العالمية (منخفضة ، متوسطة ، عالية ، عالية جدًا ، شديدة) لمؤشر الأشعة فوق البنفسجية المقاس.

الخطوة 4: جهد البطارية والقراءة

أختار بطارية CR2 ، لحجمها وسعتها (800 مللي أمبير). لقد استخدمت UltraV طوال الصيف وما زالت البطارية تبلغ 2.8 فولت ، لذلك أنا راضٍ تمامًا عن الاختيار. عند التشغيل ، تستنزف الدائرة حوالي 100 مللي أمبير ، لكن قياس القراءة لا يستغرق أكثر من بضع ثوانٍ. نظرًا لأن الجهد الاسمي للبطارية هو 3 فولت ، فقد أضفت محول تصعيد DC-DC لرفع الجهد حتى 9 فولت وتوصيله بدبوس فين.

من أجل الحصول على مؤشر جهد البطارية على الشاشة ، استخدمت إدخالًا تناظريًا (A2). يمكن استخدام مدخلات Arduino التناظرية لقياس جهد التيار المستمر بين 0 و 5 فولت ، لكن هذه التقنية تتطلب معايرة. لإجراء المعايرة ، ستحتاج إلى مقياس متعدد. قم أولاً بتشغيل الدائرة بالبطارية النهائية (CR2) ولا تستخدم طاقة USB من الكمبيوتر ؛ قم بقياس 5V على Arduino من المنظم (الموجود في دبوس Arduino 5V): يتم استخدام هذا الجهد للجهد المرجعي Arduino ADC افتراضيًا. الآن ضع القيمة المقاسة في الرسم كما يلي (لنفترض أنني قرأت 5.023):

الجهد = مجموع (طويل) / (طويل) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0 ؛

في الرسم التخطيطي ، أقوم بأخذ قياس الجهد في المتوسط لأكثر من 10 عينات.

الخطوة 5: التخطيطي والوصلات

الخطوة 6: البرمجيات

بالنسبة للشاشة ، استخدمت U8g2lib وهو مرن جدًا وقوي لهذا النوع من شاشات OLED ، مما يتيح مجموعة واسعة من الخطوط ووظائف تحديد المواقع الجيدة.

فيما يتعلق بقراءة الجهد من ML8511 ، استخدمت دبوس مرجع Arduino 3.3 فولت (دقيق في حدود 1 ٪) كقاعدة لمحول ADC. لذلك ، من خلال إجراء تحويل تناظري إلى رقمي على دبوس 3.3 فولت (عن طريق توصيله بـ A1) ثم مقارنة هذه القراءة بالقراءة من المستشعر ، يمكننا استقراء قراءة حقيقية ، بغض النظر عن VIN (طالما كانت أعلى من 3.4 فولت).

int uvLevel = averageAnalogRead (UVOUT) ؛ int refLevel = averageAnalogRead (REF_3V3) ؛ إخراج عائمVoltage = 3.3 / refLevel * uvLevel ؛

قم بتنزيل الكود الكامل من الرابط التالي.

الخطوة 7: حاوية الضميمة

بعد عدة اختبارات (سيئة) على قطع نافذة العرض المستطيلة يدويًا على صندوق بلاستيكي تجاري ، قررت أن أصمم بنفسي لها. لذلك ، من خلال تطبيق CAD ، قمت بتصميم صندوق ولإبقائه صغيرًا قدر الإمكان ، قمت بتركيب بطارية CR2 خارجيًا على الجانب الخلفي (مع حامل بطارية مُلصق على الصندوق نفسه).

قم بتنزيل ملف STL لحالة الضميمة من الرابط التالي.

الخطوة 8: التحسينات المستقبلية المحتملة

• استخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية لقياس قيم مؤشر الأشعة فوق البنفسجية الفعلية في الوقت الحقيقي في ظل ظروف مختلفة (مقاييس الطيف فوق البنفسجية باهظة الثمن) ؛
• سجل الإخراج في نفس الوقت من ML8511 باستخدام متحكم Arduino ؛
• اكتب خوارزمية لربط إخراج ML8511 بقيمة UVI الفعلية في الوقت الفعلي في ظل مجموعة واسعة من الظروف الجوية.

الخطوة 9: معرض الصور

الخطوة 10: الاعتمادات

• كارلوس أورتس:
• منتدى اردوينو:
• بدء تشغيل الإلكترونيات:
• U8g2lib:
• منظمة الصحة العالمية ، مؤشر الأشعة فوق البنفسجية: