UltraV：便携式紫外线指数计

关于这个项目

由于皮肤病无法让自己暴露在阳光下，我利用在海滩上度过的时间制作了紫外线计。超V。

它建立在 Arduino Nano rev3 上，带有一个紫外线传感器、一个 DC/DC 转换器以提高 3v 电池电压，以及一个小型 OLED 显示屏。我的主要目标是保持它的便携性，以便我可以随时随地轻松了解紫外线指数。

第 1 步：零部件

• 微控制器 Arduino Nano rev.3

• ML8511 紫外线传感器

• 128×64 OLED 显示屏 (SSD1306)

• MT3608 DC-DC 升压

• CR2 电池

• CR2 电池座

• 切换

• 外壳

第 2 步：传感器

ML8511 (Lapis Semiconductors) 是一款紫外线传感器，适用于获取室内或室外的紫外线强度。 ML8511 配备了一个内部放大器，可根据紫外线强度将光电流转换为电压。这种独特的功能为外部电路（如 ADC）提供了一个简单的接口。在掉电模式下，典型待机电流为0.1μA，从而延长电池寿命。

特点：

• 对 UV-A 和 UV-B 敏感的光电二极管

• 嵌入式运算放大器

• 模拟电压输出

• 低电源电流（典型值 300µA）和低待机电流（典型值 0.1µA）

• 小而薄的表面贴装封装（4.0mm x 3.7mm x 0.73mm，12 引脚陶瓷 QFN）

不幸的是，我没有机会找到任何紫外线透明材料来保护传感器。我测试过的任何类型的透明盖（塑料、玻璃等）都会减弱紫外线测量。更好的选择似乎是石英熔融石英玻璃，但我没有找到价格合理的，所以我决定把传感器放在盒子外面，露天。

第 3 步：操作

要进行测量，只需打开设备并将其指向太阳几秒钟，使其与太阳光线的方向保持一致。然后在显示屏上观察：左侧的索引始终显示即时测量（每 200 毫秒一个），而右侧的读数是此会话期间获得的最大读数：这就是您需要的读数。

在显示屏的左下方，还报告了测量的紫外线指数的 WHO 等效命名法（低、中、高、非常高、极端）。

第 4 步：电池电压和读数

我选择 CR2 电池，因为它的尺寸和容量 (800 mAh)。我整个夏天都在使用 UltraV，电池仍然显示为 2.8 v，所以我对这个选择非常满意。运行时，电路消耗约 100 mA 电流，但读数测量不会超过几秒钟。由于电池标称电压为 3v，我添加了一个 DC-DC 升压转换器，将电压升至 9 伏并将其连接到 Vin 引脚。

为了在显示屏上显示电池电压，我使用了模拟输入 (A2)。 Arduino 模拟输入可用于测量 0 到 5V 之间的直流电压，但这种技术需要校准。要执行校准，您将需要一个万用表。首先用最后一块电池（CR2）为电路供电，不要使用计算机的 USB 电源；从调节器（在 Arduino 5V 引脚上找到）测量 Arduino 上的 5V：默认情况下，此电压用于 Arduino ADC 参考电压。现在将测量值放入草图中如下（假设我读到5.023）：

电压 =((long)sum / (long)NUM_SAMPLES * 5023) / 1024.0; 

在草图中，我将电压测量值作为 10 个样本的平均值。

第 5 步：原理图和连接

第 6 步：软件

显示器方面，我使用了U8g2lib，对于这种OLED显示器来说，它非常灵活和强大，可以提供多种字体选择和良好的定位功能。

关于 ML8511 的电压读数，我使用 3.3v Arduino 参考引脚（精度在 1% 以内）作为 ADC 转换器的基础。因此，通过在 3.3V 引脚上进行模数转换（通过将其连接到 A1），然后将此读数与传感器读数进行比较，我们可以推断出真实的读数，无论 VIN 是多少（只要在3.4V以上。

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

从以下链接下载完整代码。

第 7 步：外壳

在对商用塑料盒上的矩形展示窗口进行手动切割的几次（糟糕的）测试之后，我决定为它设计自己的。因此，我使用 CAD 应用程序设计了一个盒子并使其尽可能小，我将 CR2 电池安装在背面的外部（电池座粘在盒子上）。

从以下链接下载外壳的 STL 文件。

第 8 步：未来可能的改进

• 使用紫外线光谱仪测量各种条件下的实际实时紫外线指数值（紫外线光谱仪非常昂贵）；

• 使用 Arduino 微控制器同时记录 ML8511 的输出；

• 编写算法，将 ML8511 输出与各种大气条件下的实时 UVI 值相关联。

第 9 步：图片库

第 10 步：积分

• Carlos Orts：https://create.arduino.cc/projecthub/McOrts/mobil...

• Arduino 论坛：http://forum.arduino.cc/index.php?topic=3922.0

• 启动电子产品：https://startingelectronics.org/articles/arduino/...

• U8g2lib：https://github.com/olikraus/u8g2/wiki/u8g2referen...

• 世界卫生组织，紫外线指数：http://www.who.int/uv/intersunprogramme/activitie...

代码

• UltraV

UltraVC/C++

 /* Fabio Marzocca @ 2018 模数转换完全依赖于 VCC。我们假设这是 5V，但如果电路板由 USB 供电，这可能高达 5.25V 或低至 4.75V：http://en.wikipedia.org/wiki/USB#Power 由于这个未知的窗口在大多数情况下，ADC 相当不准确。为了解决这个问题，我们使用了非常精确的板载 3.3V 参考电压（精度在 1% 以内）。因此，通过在 3.3V 引脚 (A1) 上执行 ADC，然后将其与传感器读数进行比较，无论 VIN 是多少（只要它高于 3.4V），我们都可以推断出真实的读数。 2.0.0 - 2018 年 7 月 - 从 16x2 LCD 转移到 OLEDv。 2.0.1 - 2018 年 9 月 - 更改读取电池功能*/#include #include #include U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=/**/ SCL, =*/ SDA, /* 重置=*/ U8X8_PIN_NONE); // 没有重置显示器的所有板#define FIRST_ROW_Y 16#define FIRST_ROW_X 16#define BOX_H 38//硬件引脚定义const int UVOUT =A0; //sensorconst 的输出 int REF_3V3 =A1; // Arduino board 上的 3.3V 电源const int VBATT =A2; //电池电压浮动 maxUV =0; //最大紫外线指数 readvoid setup(){ pinMode(UVOUT, INPUT); pinMode（REF_3V3，输入）； pinMode（VBATT，输入）； u8g2.begin();}void loop(){ u8g2.firstPage();做 { int uvLevel =averageAnalogRead(UVOUT); int refLevel =averageAnalogRead(REF_3V3); //以3.3V电源引脚为参考，从sensor float outputVoltage =3.3 / refLevel * uvLevel获得非常准确的输出值； float uvIntensity =mapfloat(outputVoltage, 0.99, 2.6, 0.0, 15.0); //将电压转换为紫外线强度级别 readBattery(); if (maxUV =0) &&(categ <3)) { strcpy(strCat, "LOW"); } else if ((categ>=3) &&(categ <6)) { strcpy(strCat, "MODERATE"); } else if ((categ>=6) &&(categ <8)) { strcpy(strCat, "HIGH !"); } else if ((categ>=8) &&(categ <10)) { strcpy(strCat, "VERY HIGH!"); } else if (categ>=11) { strcpy(strCat, "EXTREME!"); } u8g2.setCursor(0,64); u8g2.print(strCat); }//取给定引脚读数的平均值//返回平均值int averageAnalogRead(int pinToRead){ byte numberOfReadings =16;无符号整数运行值 =0; for(int x =0; x