UltraV: um medidor portátil de índice de UV: 10 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Não conseguindo me expor ao sol devido a um problema dermatológico, aproveitei o tempo que passaria na praia para construir um medidor de raios ultravioleta. UltraV.

Ele é construído em um Arduino Nano rev3, com um sensor UV, um conversor DC / DC para aumentar a tensão da bateria de 3v e um pequeno display OLED. Meu objetivo principal era mantê-lo portátil, para que eu pudesse saber facilmente o índice UV a qualquer momento e em qualquer lugar.

Etapa 1: peças e componentes

• Microcontrolador Arduino Nano rev.3
• Sensor de UV ML8511
• Display OLED de 128 × 64 (SSD1306)
• MT3608 DC-DC step-up
• Bateria CR2
• Porta bateria CR2
• trocar
• caixa de proteção

Etapa 2: o sensor

O ML8511 (Lapis Semiconductors) é um sensor de UV, que é adequado para adquirir intensidade de UV em ambientes internos ou externos. O ML8511 é equipado com um amplificador interno, que converte a fotocorrente em voltagem, dependendo da intensidade de UV. Esse recurso exclusivo oferece uma interface fácil para circuitos externos, como ADC. No modo de desligamento, a corrente de espera típica é 0,1 µA, permitindo assim uma vida útil mais longa da bateria.

Recursos:

• Fotodiodo sensível a UV-A e UV-B
• Amplificador operacional embutido
• Saída de tensão analógica
• Baixa corrente de alimentação (300 µA típico) e baixa corrente de espera (0,1 µA típico)
• Pacote de montagem em superfície pequena e fina (4,0 mm x 3,7 mm x 0,73 mm, cerâmica de 12 pinos QFN)

Infelizmente, não tive a chance de encontrar nenhum material transparente aos raios ultravioleta para proteger o sensor. Qualquer tipo de tampa transparente que testei (plástico, vidro, etc.) estava atenuando a medição de UV. A melhor escolha parece ser vidro de sílica fundida com quartzo, mas não encontrei nenhum a um preço razoável, então decidi deixar o sensor fora da caixa, ao ar livre.

Etapa 3: Operações

Para fazer a medição, basta ligar o aparelho e apontar para o sol por alguns segundos, mantendo-o alinhado com a direção dos raios solares. Então observe no visor: o índice à esquerda sempre mostra a medida instantânea (um a cada 200 ms), enquanto a leitura à direita é a leitura máxima feita durante esta sessão: é o que você precisa.

Na parte inferior esquerda do visor é relatada também a nomenclatura equivalente da OMS (BAIXO, MODERADO, ALTO, MUITO ALTO, EXTREMO) para o índice UV medido.

Etapa 4: tensão e leitura da bateria

Escolho uma bateria CR2, pelo seu tamanho e capacidade (800 mAh). Usei UltraV durante o verão e a bateria ainda lê 2,8 V, então estou bastante satisfeito com a escolha. Quando opera, o circuito drena cerca de 100 mA, mas uma medição de leitura não leva mais do que alguns segundos. Como a tensão nominal da bateria é 3v, adicionei um conversor DC-DC para aumentar a tensão até 9 volts e conectei-o ao pino Vin.

Para ter a indicação da tensão da bateria no display, usei uma entrada analógica (A2). As entradas analógicas do Arduino podem ser usadas para medir a tensão DC entre 0 e 5 V, mas essa técnica requer uma calibração. Para realizar a calibração, você precisará de um multímetro. Primeiro, alimente o circuito com sua bateria final (o CR2) e não use a alimentação USB do computador; meça 5 V no Arduino a partir do regulador (encontrado no pino 5 V do Arduino): essa tensão é usada para a tensão de referência do ADC do Arduino por padrão. Agora coloque o valor medido no esboço da seguinte forma (suponha que eu li 5.023):

tensão = ((longo) soma / (longo) NUM_SAMPLES * 5023) / 1024,0;

No esboço, estou tomando a medição de tensão como uma média de 10 amostras.

Etapa 5: esquema e conexões

Etapa 6: Software

Para o display, usei o U8g2lib que é muito flexível e poderoso para este tipo de display OLED, permitindo uma ampla escolha de fontes e boas funções de posicionamento.

Com relação à leitura de tensão do ML8511, usei o pino de referência Arduino de 3,3 V (com precisão de 1%) como base para o conversor ADC. Então, fazendo uma conversão analógica para digital no pino de 3,3 V (conectando-o a A1) e, em seguida, comparando esta leitura com a leitura do sensor, podemos extrapolar uma leitura real, não importa o que VIN seja (contanto que esteja acima de 3,4 V).

int uvLevel = averageAnalogRead (UVOUT); int refLevel = averageAnalogRead (REF_3V3); float outputVoltage = 3,3 / refLevel * uvLevel;

Baixe o código completo no seguinte link.

Etapa 7: caixa do gabinete

Depois de vários (ruins) testes de corte manual da vitrine retangular em uma caixa de plástico comercial, decidi projetar a minha própria para ela. Então, com um aplicativo CAD projetei uma caixa e para mantê-la o mais pequena possível, montei a bateria CR2 externamente na parte traseira (com um porta-bateria colado na própria caixa).

Baixe o arquivo STL para a caixa do gabinete, no link a seguir.

Etapa 8: Possíveis melhorias futuras

• Utilize um espectrômetro de UV para medir os valores reais do Índice de UV em tempo real sob várias condições (os espectrômetros de UV são muito caros);
• Grave simultaneamente a saída do ML8511 com o microcontrolador Arduino;
• Escreva o algoritmo para relacionar a saída do ML8511 ao valor UVI real em tempo real sob uma ampla gama de condições atmosféricas.

Etapa 9: Galeria de imagens

Etapa 10: créditos

• Carlos Orts:
• Fórum do Arduino:
• Eletrônica inicial:
• U8g2lib:
• Organização Mundial da Saúde, Índice UV: