UltraV: Переносной УФ-индексометр для безопасного загарения

Компоненты и материалы

О проекте

Автор, имеющий дерматологические проблемы, создал портативный прибор для измерения УФ-индекса. Устройство компактно, работает от батареи CR2, показывает мгновенное и максимальное значение УФ-индекса, а также категорию риска по ВОЗ (LOW, MODERATE, HIGH, VERY HIGH, EXTREME).

Шаг 1: Детали

Список компонентов см. выше.

Шаг 2: Датчик ML8511

Датчик чувствителен к УФ-А и УФ-Б, имеет встроенный усилитель, выдаёт аналоговое напряжение. Ток потребления 300 мкА, в режиме ожидания 0.1 мкА. Корпус QFN 12-pin. Автор не нашёл УФ-прозрачного материала для защиты датчика (стекло, пластик затухают УФ), поэтому датчик оставлен открытым.

Шаг 3: Работа

Включите прибор, направьте датчик на солнце на несколько секунд. На дислее: слева — мгновенное значение (обновление каждые 200 мс), справа — максимум за сессию (используйте его). Внизу слева — категория ВОЗ.

Шаг 4: Батарея и измерение напряжения

CR2 (3 В, 800 мАч) хватило на весь лето. Схема потребляет ~100 мА во время измерения (несколько секунд). DC-DC MT3608 поднимает напряжение до 9 В на пин Vin. Напряжение батареи измеряется через А2 с калибровкой: измерьте мультиметром 5 В на пине 5V Arduino (это опорное для АЦП), подставьте значение в формулу:

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

Измерение усредняется по 10 сэмплам.

Шаг 5: Схема подключения

Схема показана на фото. Датчик ML8511 — к A0, опорное 3.3 В — к A1, батарея — к A2. OLED по I2C (A4/A5).

Шаг 6: Программное обеспечение

Для OLED используется библиотека U8g2lib. Для точного АЦП используется опорное 3.3 В (точность 1%): читаем A1 (3.3 В) и A0 (датчик), пересчитываем реальное напряжение датчика:

int uvLevel = averageAnalogRead(UVOUT);
int refLevel = averageAnalogRead(REF_3V3);
float outputVoltage = 3.3 / refLevel * uvLevel;
float uvIntensity = mapfloat(outputVoltage, 0.99, 2.6, 0.0, 15.0);

Полный код доступен по ссылке (UltraV_OLED.ino.zip).

Шаг 7: Корпус

Спроектирован в CAD, батарея CR2 размещена снаружи на держателе. STL-файл доступен (UltraV.stl.zip).

Шаг 8: Будущие улучшения

• Калибровка по УФ-спектрометру (дорого).
• Синхронная запись ML8511 и разработка алгоритма пересчёта в реальный УФ-индекс.

Шаг 9: Галерея

Фотографии собранного устройства.

Шаг 10: Благодарности

• Carlos Orts, Arduino Forum, Starting Electronics, U8g2lib, WHO UV Index.

Код (основные фрагменты)

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>
#include <Wire.h>

U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, SCL, SDA, U8X8_PIN_NONE);

#define UVOUT A0
#define REF_3V3 A1
#define VBATT A2

float maxUV = 0;

void setup() {
  pinMode(UVOUT, INPUT);
  pinMode(REF_3V3, INPUT);
  pinMode(VBATT, INPUT);
  u8g2.begin();
}

void loop() {
  u8g2.firstPage();
  do {
    int uvLevel = averageAnalogRead(UVOUT);
    int refLevel = averageAnalogRead(REF_3V3);
    float outputVoltage = 3.3 / refLevel * uvLevel;
    float uvIntensity = mapfloat(outputVoltage, 0.99, 2.6, 0.0, 15.0);
    readBattery();
    if (maxUV < uvIntensity) maxUV = uvIntensity;

    u8g2.drawFrame(0, 17, 128, 38);
    u8g2.setFont(u8g2_font_logisoso18_tf);
    u8g2.setCursor(10, 40); u8g2.print(uvIntensity); // INSTANT
    u8g2.setCursor(70, 40); u8g2.print(maxUV);       // MAXIMUM
    u8g2.setFont(u8g2_font_u8glib_4_tf);
    u8g2.setCursor(10, 52); u8g2.print("INSTANT");
    u8g2.setCursor(75, 52); u8g2.print("MAXIMUM");
    showUVCategory();
    u8g2.setCursor(88, 64); u8g2.print("F.Marzocca");
  } while (u8g2.nextPage());
  delay(200);
}

// ... функции averageAnalogRead, mapfloat, readBattery, showUVCategory см. в полном коде