CC BY
10
Scientific Research of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv,
series B. Natural Sciences and Humanities, Vol. XVII, ISSN 1311-9192, International Conference of Young Scientists, 11 - 13 June 2015, Plovdiv
МИКРОПРОЦЕСОРНО УСТРОЙСТВО ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА UV
ИНТЕНЗИТЕТ Недялко Катранджиев, Николай Карнобатев УХТ-Пловдив, Компютърни системи и технологии
Abstract
The current publication presents the process of implementation of a microprocessor device for measuring the UV Index in real time. For this purpose a ML8511 sensor was used and as a basis for the microprocessor system the platform Arduino was used. The created device can be applied for tracking and recording of the UV index in real time. If necessary, a module alerting for limits could be developed and connected to the device, as well as a module for remote transmission of results over the Internet.
Въведение
Ултравиолетовият диапазон обхваща вълни с дължина между 100 и 400 nm и се разделя на три части [3]:
Табл. 1 - Разпределение на ултравиолетовия диапазон
UV от, nm до, nm
UVA 315 400
UVB 280 315
UVC 100 280
UVA са с най-голяма прониквателна способност, следвани от UVB. UVC и голяма част от UVB лъченията се абсорбират от озоновия слой, а UVA почти не се влияят. Така до земята достигат предимно UVA лъчи, част от UVB, а UVC не достигат (освен в обла-стите с озонови дупки).
UV лъчението влияе на живите организми. Прекаленото силно лъчение води до изгаряния и предизвиква рак на кожата, увреждане на очите и др. Това налага измерване / следене / мониторинг нивото на UV излъчването.
Материали и методи
В текущата публикация е използван UV сензор ML8511 за измерване на UV. Той е подходящ за измерване на UV интензитета както на закрито, така и на открито. Сензорът е снабден с вграден усилвател, който преобразува тока, пропорционален на UV интензитета в напрежение [2]. Той има малка консумация (0.1цА в покой) и е възможно вграждането му в портативни уреди, захранвани чрез батерии.
Описанието на изводите на сензора е показано в таблица 2, а спектралната характеристика на фигура 1 [2]. От характеристиката се вижда, че със сензора може да се отчита UV лъчение в диапазон от 280 до 400 nm (UVB и UVA), при чувствителност над 0.2 като в диапазона от 300 до 380 nm чувствителността е над 0.8 с пикова стойност около 365 nm. Сензорът проявява слаба чувствителност (от 0.3 до 0.1) и във видимата област в диапазон от 400 до 460 nm. След 460 nm чувствителността постепенно спада от 0.1 към 0. 102
Символ Извод Вх./Изх. Функция
VDD 7 Захр. Захранване (+)
GND 5 Захр. Захранване (-)
EN 4 Вх. 1 - активно състояние 0 - пасивно състояние
OUT 8 Изх. Изход
TP 9 Вх./Изх. Тестващ извод
TR 10 Вх./Изх. Вътрешен опорен източник
NC 1, 2, 3, 6, 11, 12 - Свободни изводи
н о о и
4
о ¡-
5 и н
о «
дължина на вълната, пт фиг. 1 Спектрална характеристика на П¥ сензора ML8511 (при 25 0С)
3.5
3.0
На фигура 2 е онагледена зависимости между иУинтензитета при 365 шп и изходното напрежение на извод 8 (ОиТ) на сензора МЬ8511 2.5 (фиг. 3). Показани са семейство характеристики при различии 2.0 стойности на температурата (-25, -5, 25 и 75 °С) [2]. Забелязва се, че 1,5 всички те имат линеен характер, ^ ^ което предпоставя възможността за точни измервания при използването о.5 на сензора.
3 6 9 12
иУинтензитет (mW/cm2), X = 3 фиг. 2 Изменение на напрежението спрямо иУинтензитета (UVA)
15
>
<о К К
<и
*
(U SP С й К О
К
«
о
к
3
UV интензитет (mW/cm2), l = 365 nm
фиг. 2 Изменение на напрежението спрямо UV интензитета (UVA) Свързване на сензора към микроконтролера и компютъра (хардуерна реализация) На фигура 3 е показано свързването на сензора към микроконтролера. Комуникацията се осъществява чрез извод 8 (OUT) на сензора ML8511, който се свързват към аналоговия
вход АРО на микроконтролера ATmega328.
•sv
Л
US_
VCC РСО (ADC0/PCINT8)
PC ICADCI/PCINT9) A VCC РС2 (ADC2PCINT10)
PC3(ADC3^PCINTII) AREK РС4 <ADCi SUA PCINT12> PCS (ADC5SCLPC INT > 3) PC6 (PCIN114 RliSL J)
FIDO (PCtNT 16'RXI» PI>1 (PCINT17.TXD) PD2 (PCINT IS/INTO) PD3 (PCI NT UfcOKBflNT I > РШ (PCIN Г20 XCK/10) PD5 (PCINT21 OCOR TI) PD6 (PCJNT22 OCOA /АШ0) PD7 (PCIMT23/AJNI)
POO (PCINTO CIKOICPI) PIMJOClAPCINTI) PB2 (SS-OCI BVPCINT2) PB3 <MOS] OC2A PCINTJ) PB4 (MISOFCINT4) PB5 (SCKPCINT5) GND РГИ. (PCINTii XTAI,1TOSCI > GNU PB7 (PCINT7 XTAL2 TOSC2>
:Cio lOOnl-
"¿_I>P4 IA±IW5 Г 12 1Ж6
_И DPS ; I5.DP9 I6_DPI0 17 DP 11
* I8_DP12
* 19 DPI.l
t£_
..>—
ATrrKga32SP-PlJ RIO
RI2
-с=ь
T~
P XT;
фиг. 3 - Схема на свързване на UV сензора ML8511 с микроконтролера
Комуникацията с персоналния компютър е аналогична на тази, представена в публикацията със заглавие „Измерване на цвят с TCS34725" [1].
Програмиране на сензора (софтуерна реализация)
На фигура 4 е показан алгоритъма, по който е програмиран сензора.
фиг. 4 Алгоритъм за измерване и визуализиране на UV индекса със сензора ML8511
След установяване на връзка със сензора на всяка итерация от измерващият цикъл се следи захранващото напрежение на сензора и при необходимост се внася корекция. Това се прави с цел при евентуални промени в захранването да се сведе до минимум възможността за получаване на некоректни стойности за UV интензитета и евентуално погрешно задействане на алармени режими.
Резултати и дискусии
Със създаденото микропроцесорно устройство са направени измервания за лампа с волфрамова жичка - 40W, захранвана с променливо напрежение от 220V/50Hz и дентална фотополимерна лампа Coltolux II на Сокепе, Swiss при три различни разстояние от сензора - 2, 4 и 8 mm. Получените резултати са представени в таблица 3.
Табл. 3 Измерени стойности при три различни разстояния между сензора и източника
Разстояние между сензора и източника
2 mm 4 mm 8 mm
без лампа 0.07
лампа с волфрамова жичка 3.74 2.05 1.10
Coltene COLTOLUX II 19.82 8.38 5.05
Получените стойности са потвърдени при измерване с UV метър 691 в диапазон 0 -19.9. За определяне на UV индекса може да се използва следната скала (табл. 4).
Табл. 4 Скала за определяне на UV индекса
0-2 нисък
3-4 среден
5-6 висок
7-9 много висок
>10 екстремен
Заключение
Създадено е микропроцесорно устройство за измерване на UV интензитет в реално време. При необходимост измерената стойност може да се показва на дисплей, записва или предава от разстояние. Може да се изгради модул и он-лайн WEB платформа, която в реално време да визуализира UV индекса на отдалечено място. Устройството може да е част от мултисензорна система, която в реално време визуализира и/или предава от разстояние няколко различни величини. Устройството може да се използва също и като прехващане и анализиране на отразен UV поток от облъчени обекти с UV светлинен източник. По този начин, то може да се използва като анализатор на дефектни обекти, а също и като анализатор качеството на различни хранителни продукти - оценка на техните съставки, престоят им в търговската мрежа и др.
Литература
1. Катранджиев Н., Карнобатев Н., Кансъзов А. Измерване на цвят с TCS34725, 70 години СУБ, Научни трудове на СУБ-Пловдив, Техника и технологии, 2015.
2. Datasheet ML8511, UV Sensor with Voltage Output, LAPIS Semiconductor, 2013
3. Space environment (natural and artificial) - Process for determining solar irradiances, ISO 21348, First edition, 2007
