UltraV: un medidor de índice UV portátil: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Al no poder exponerme al sol debido a un problema dermatológico, aproveché el tiempo que habría pasado en la playa para construir un medidor de rayos ultravioleta. UltraV.

Está construido sobre un Arduino Nano rev3, con un sensor UV, un convertidor DC / DC para aumentar el voltaje de la batería de 3v y una pequeña pantalla OLED. Mi objetivo principal era mantenerlo portátil, de modo que pudiera conocer fácilmente el índice UV en cualquier momento y en cualquier lugar.

Paso 1: Piezas y componentes

• Microcontrolador Arduino Nano rev.3
• Sensor UV ML8511
• Pantalla OLED de 128 × 64 (SSD1306)
• MT3608 DC-DC elevador
• Batería CR2
• Soporte de batería CR2
• cambiar
• caja del recinto

Paso 2: el sensor

El ML8511 (Lapis Semiconductors) es un sensor UV, que es adecuado para adquirir intensidad UV en interiores o exteriores. El ML8511 está equipado con un amplificador interno, que convierte la fotocorriente en voltaje dependiendo de la intensidad de los rayos UV. Esta característica única ofrece una interfaz sencilla para circuitos externos como ADC. En el modo de apagado, la corriente de espera típica es de 0,1 µA, lo que permite una mayor duración de la batería.

Características:

• Fotodiodo sensible a UV-A y UV-B
• Amplificador operacional integrado
• Salida de voltaje analógica
• Baja corriente de suministro (300 µA típ.) Y baja corriente de espera (0,1 µA típ.)
• Paquete de montaje en superficie pequeño y delgado (4.0 mm x 3.7 mm x 0.73 mm, QFN de cerámica de 12 pines)

Desafortunadamente, no tuve la oportunidad de encontrar ningún material transparente a los rayos UV para proteger el sensor. Cualquier tipo de cubierta transparente que probé (plástico, vidrio, etc.) atenuaba la medición de UV. La mejor opción parece ser el vidrio de sílice fundido con cuarzo, pero no he encontrado ninguno a un precio razonable, así que decidí dejar el sensor fuera de la caja, al aire libre.

Paso 3: Operaciones

Para tomar una medida, simplemente encienda el dispositivo y apúntelo hacia el sol durante varios segundos, manteniéndolo alineado con la dirección de los rayos solares. Luego mire en la pantalla: el índice de la izquierda siempre muestra la medida instantánea (una cada 200 ms), mientras que la lectura de la derecha es la lectura máxima tomada durante esta sesión: esa es la que necesita.

En la parte inferior izquierda de la pantalla se indica también la nomenclatura equivalente de la OMS (BAJA, MODERADA, ALTA, MUY ALTA, EXTREMA) para el índice UV medido.

Paso 4: Lectura y voltaje de la batería

Elijo una batería CR2, por su tamaño y capacidad (800 mAh). Usé UltraV durante todo el verano y la batería todavía marca 2.8 v, así que estoy bastante satisfecho con la elección. Cuando funciona, el circuito drena alrededor de 100 mA, pero una medición de lectura no toma más de unos segundos. Como el voltaje nominal de la batería es de 3v, agregué un convertidor elevador DC-DC para llevar el voltaje a 9 voltios y lo conecté al pin Vin.

Para tener la indicación del voltaje de la batería en la pantalla, utilicé una entrada analógica (A2). Las entradas analógicas de Arduino se pueden utilizar para medir el voltaje de CC entre 0 y 5 V, pero esta técnica requiere una calibración. Para realizar la calibración, necesitará un multímetro. Primero encienda el circuito con su batería final (la CR2) y no use la energía USB de la computadora; mida los 5V en el Arduino desde el regulador (que se encuentra en el pin Arduino 5V): este voltaje se usa para el voltaje de referencia Arduino ADC por defecto. Ahora coloque el valor medido en el boceto de la siguiente manera (suponga que leo 5.023):

voltaje = ((largo) suma / (largo) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0;

En el boceto, tomo la medición de voltaje como un promedio de más de 10 muestras.

Paso 5: Esquema y conexiones

Paso 6: software

Para la pantalla, utilicé el U8g2lib, que es muy flexible y potente para este tipo de pantallas OLED, lo que permite una amplia variedad de fuentes y buenas funciones de posicionamiento.

Con respecto a la lectura de voltaje del ML8511, utilicé el pin de referencia Arduino de 3.3v (con una precisión del 1%) como base para el convertidor ADC. Entonces, al hacer una conversión de analógico a digital en el pin de 3.3V (conectándolo a A1) y luego comparando esta lectura con la lectura del sensor, podemos extrapolar una lectura real, sin importar el VIN (siempre que esté por encima de 3,4 V).

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

Descarga el código completo desde el siguiente enlace.

Paso 7: caja del recinto

Después de varias (malas) pruebas para cortar manualmente la ventana de visualización rectangular en una caja de plástico comercial, decidí diseñar la mía propia para ella. Entonces, con una aplicación CAD diseñé una caja y para mantenerla lo más pequeña posible, monté la batería CR2 externamente en la parte posterior (con un soporte de batería pegado en la caja).

Descargue el archivo STL para el caso del gabinete, desde el siguiente enlace.

Paso 8: posibles mejoras futuras

• Utilice un espectrómetro UV para medir los valores reales del índice UV en tiempo real en diversas condiciones (los espectrómetros UV son muy costosos);
• Grabe simultáneamente la salida del ML8511 con el microcontrolador Arduino;
• Escriba un algoritmo para relacionar la salida del ML8511 con el valor UVI real en tiempo real en una amplia gama de condiciones atmosféricas.

Paso 9: Galería de imágenes

Paso 10: Créditos

• Carlos Orts:
• Foro de Arduino:
• Electrónica de inicio:
• U8g2lib:
• Organización Mundial de la Salud, índice UV: