Get best of the week

قياس UVA UVB

كلنا نحب الشمس وبالطبع نعرف عن مخاطر الأشعة فوق البنفسجية على جلد الإنسان. من الواضح أنه لا يمكنك أخذ حمام شمس على الشاطئ لفترة طويلة. لكن هذا ليس واضحًا على الإطلاق ، هل من الممكن السير في القميص تحت الشمس ، والسباحة ، والمشي في الجبال؟ بعد "حرق" آخر من الشمس في الجبال في كراسنايا بوليانا ، نشأ السؤال - كيفية قياس المؤشر الفوري للأشعة فوق البنفسجية ومعرفة متى حان الوقت للاختباء في الظل. ونتيجة لذلك ، ولد هذا الجهاز الصغير - جهاز استشعار للأشعة فوق البنفسجية مع عدد من الوظائف الإضافية.



ما الذي يجب أن يكون الجهاز قادرًا عليه


وتتمثل المهمة الرئيسية في قياس مؤشر الأشعة فوق البنفسجية. بالإضافة إلى ذلك ، أردت قياس درجة حرارة الهواء ودرجة حرارة الماء ، بدقة لا تقل عن 0.5 درجة (خاصة عندما غطست في المسبح بمياه مثلجة ونظرت إلى مقياس حرارة صيني كان يسبح هناك - 28 درجة ، ولم يكن موجودًا). وبالطبع طاقة البطارية.

المكونات الرئيسية: VEML6075 + MCP3421 + STM8


لا يوجد العديد من أجهزة الاستشعار لقياس مؤشر الأشعة فوق البنفسجية. مسبار الأشعة فوق البنفسجية شائع الاستخدام هو الترانزستور الضوئي. ولكن تبين أنه من الصعب جدًا المعايرة. وقع الاختيار على جهاز الاستشعار الرقمي - VEML6075. تبين أنه جيد جدا. السلبية الوحيدة هي أنه من الصعب الشراء ، كان على التسليم الانتظار لمدة شهر تقريبًا من خلال القنوات الرسمية - "العنصر الخامس" (لم تفكر الصين في ذلك - من غير المريح أن تخمن الجودة في جهاز يستخدم لمرة واحدة). مزايا الاستشعار:

  • معايرة سهلة في المنزل
  • استجابة جيب التمام لسطح المستشعر - وهو ما يمثل حدوث الأشعة
  • قراءات مؤشر دقيقة في نطاقات - UVA UVB
  • الاستهلاك المنخفض
  • اتصال I2C - مستشعر رقمي بالكامل


في البداية ، كان حجم المستشعر مخيفًا 2x2 مم ، ولم يكن هناك مسدس هواء ساخن ، اعتقدت أنه سيكون من الصعب لحام مثل هذه التفاهات بمكواة لحام عادية - لكنها اتضح أنها جيدة.


السؤال الثاني - قياس درجة حرارة الماء ، تم تحديده بمزدوج حراري. لقراءة بيانات دقيقة من هذا المستشعر ، استخدم ADC دقيق للغاية ، مع مصدر جهد مرجعي متكامل - MCP3421. دقة 18 بت + تضخيم إشارة 8x لمزدوج حراري من النوع K يعطي دقة درجة حرارة تبلغ 0.01 درجة - أكثر من كافية. بالنظر إلى الحاجة إلى قياس درجة حرارة المركب ، كانت الدقة في منطقة 0.2 درجة. فحص بقياس الماء المغلي والجليد.

بصفته متحكم - الخيار الأبسط والأرخص - STM8S003F3. كل شيء على متن الطائرة - أجهزة ضبط الوقت ، I2C - مطلوبة لجهاز الاستشعار ، إلخ.

نظرًا لأن الجهاز يجب أن يعمل في الشمس ، يتم استخدام شاشة LCD كمؤشر. كنت أرغب في التعاقد - لقد اخترت هذا:


مع الإدارة كان عليها أن تعذب. لا يزال مضاعفة مسامير LCD في وحدة التحكم الدقيقة التقليدية بهذه المهمة ، ولكن بشكل عام كل شيء اتضح بشكل جيد.

واختارت العلبة صغيرة ومدمجة من شركة سانهي موديل "20-31". الحجم الخارجي - 35x45x18 مم. كل شيء مناسب - اللوح والمؤشر والبطارية.

لن أعطي الدائرة والمجلس ، كل شيء على جيثب

معايرة مستشعر الأشعة فوق البنفسجية


بعد تلقي قراءات من المستشعر - لم يكونوا سعداء للغاية ، لم يكونوا على غرار قراءات "المركز المائي". كان علي أن أتعلم كيفية معايرة المستشعر بشكل صحيح.

من أجل حساب مؤشر الأشعة فوق البنفسجية بشكل صحيح وفقًا لقراءات المستشعر ، من الضروري استخدام العديد من الثوابت. كيف نحسبها بدون معدات خاصة؟ فيما يلي الصيغة الكاملة لحساب المؤشر:

لا يمكن حساب الثوابت k1 و k2 بدون معدات. لكنها ضرورية لإجراء الحساب الأكثر دقة ، بحيث يمكن اعتبارها وحدة. يمكن أخذ ثوابت حساسية المستشعر من الجدول:

نحتاج إلى الثوابت من السطر الأول ، لأن المستشعر غير مغطى بالتفلون (لم نتمكن من شراء التفلون البصري ، لذا فإن المستشعر مفتوح أخيرًا). UVAresp و UVBresp. ولكن يجب حساب الثوابت أ ، ب ، ج ، د. فعلت هذا مع المصحح. من الضروري الحصول على بيانات uva و uvb و uvcomp1 و uvcomp2 وحساب الثوابت في Excel. من غير المناسب عرضهم على الشاشة - هناك عدد قليل جدًا من الأرقام. هذا هو المكان الذي يحتاج فيه المصحح. قم بتعيين نقطة توقف بعد استلام البيانات ورؤية القيم المحسوبة. يمكنك أيضًا استخدام القدرة على فصل ST-link من STM8 أثناء التصحيح والاتصال العكسي. في هذه الحالة ، لا تنقطع جلسة التصحيح! خيار آخر هو استخدام STM8 STUDIO. يتيح لك هذا البرنامج الخاص الحصول على المتغيرات في أي وقت.

لحساب الثوابت بدون معدات خاصة ، دعنا نستخدم هذا (هذا موضح في مذكرة التطبيق إلى المستشعر). تحتوي أشعة الشمس في طيفها على الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والإشعاع المرئي. لحساب شدة الأشعة فوق البنفسجية ، من الضروري طرح البيانات الزائدة عن الأشعة تحت الحمراء والإشعاع المرئي. للقيام بذلك ، استخدم البيانات uvcomp1 (المسؤولة عن الإشعاع المرئي) و uvcomp2 (المسؤولة عن إشعاع الأشعة تحت الحمراء).

لحساب الثوابت في الصيغة المستخدمة ، هناك حاجة إلى مصدرين للضوء الاصطناعي:
• مصباح متوهج عادي - ينبعث في طيف الأشعة تحت الحمراء والإشعاع المرئي ، لا يوجد إشعاع فوق بنفسجي
• مصباح LED - ينبعث فقط في الإشعاع المرئي ، لا يوجد إشعاع فوق بنفسجي و IR
نبدأ بمصباح LED. نظرًا لعدم وجود الأشعة فوق البنفسجية ، فإن المؤشر المقابل سيكون صفرًا.

لا يحتوي مصباح LED على إشعاع الأشعة تحت الحمراء ، لذلك سيكون UVcomp2 صفرًا. وفي هذه الحالة ، يمكنك العثور على المعاملات التي تحتوي على

هذه المعاملات ، ليس من الصعب العثور على المعاملات b و d عند استخدام مصباح تقليدي ، عندما لا تكون UVcomp2 مساوية للصفر.


باستخدام هذه الطريقة البسيطة يمكنك الحصول على الثوابت اللازمة. يجب إجراء هذه المعايرة في المساء عندما لا يكون هناك ضوء الشمس ومصادر الضوء الأخرى.
من السهل جدًا فحص المستشعر المعاير بشكل صحيح. في يوم مشمس ، عند الظهر ، عندما لا تكون هناك غيوم في السماء ، تحتاج إلى قياس الشدة عن طريق توجيه المستشعر إلى الشمس بالضبط. يجب أن تتطابق القراءات مع البيانات المرسلة على مواقع الطقس.

عند الدباغة ، لقياس الإشعاع بدقة ، يجب الحفاظ على المستشعر موازيًا لسطح الجسم. للحصول على أقصى مؤشر حالي ، يجب توجيه المستشعر إلى الشمس.

بدأ المستشعر في إظهار أفضل النتائج مع الحد الأقصى لمتوسط ​​وقت البيانات (المستشعر لديه القدرة على تعيين هذه المعلمة - الوقت الذي يقوم فيه متوسط ​​المؤشرات نفسه) - 800 مللي ثانية.

من أجل جعل القراءات مثالية تمامًا ، كان علينا أيضًا اتباع توصيات المطور - لطلاء اللوحة باللون الأسود حتى لا تعكس وتحيط المستشعر بقمع أسود.

استخدم الخبرة


سأقول على الفور عن الاستهلاك - إنه صغير للغاية ، حوالي 2 مللي أمبير عندما تعمل جميع أجهزة الاستشعار والمتحكم الدقيق. مع الاستخدام المتكرر ، تستمر البطارية لمدة 3 أشهر تقريبًا بشحنة واحدة.

أنا أعتبر دقة القراءات عالية جداً. راجعت في عدة مناطق (موسكو ، سوتشي ، شبه جزيرة القرم) - تتزامن القراءات عند الظهر مع مواقع الطقس. لذلك ، أعتقد أنه يمكن الوثوق به أيضًا في الطقس الغائم.

في تصنيع المستشعر ، كان علي أن أدرس ما هو الأشعة فوق البنفسجية وكيف أنها لا تزال ضارة. ما هي أنواعها. كيف يؤثر على الجلد. كيف موقع الشمس في الأفق وما إذا كانت الأشعة فوق البنفسجية ضارة للعيون.

أنا شخصياً راجعت جميع المقالات حول "الحرق" على نفسي. أثبت المستشعر أنه ممتاز. الآن ، بعد أن رأيت المؤشر 13 على المستشعر في الجبال ، ارتديت قميصًا ضيقًا وغطت جميع أجزاء الجسم. وفي المساء ، عندما يكون المؤشر 5 - أمشي بهدوء وأستلقي تحت أشعة الشمس الدافئة.

تعلمت أنه في يوم مشمس ، يمكنك الحصول على حروق شمس جيدة في موسكو - يصل المؤشر إلى 9 ظهراً. وأيضا ، عند السباحة ، يتضاعف الوقت الذي تقضيه في الشمس.
بالنسبة لي ، كان هذا الجهاز مفيدًا جدًا ، وما زلت أستخدمه ، وتثق العائلة بأكملها بالشهادة.

في الوقت الحالي ، أضاف مستشعر رطوبة دقيق للغاية - HTS221. كما أنها تعمل على I2C ، لذلك قمت للتو بعمل لوحة صغيرة ولصقها في الداخل. ملحوم بسلك ملمع 0.15 مم. لذا ، فإنه يظهر الآن الرطوبة أيضًا ، بشكل أكثر دقة من العدادات الصينية المباعة في السوق.

سأكتب القليل عن ناقص الدهون الكبيرة - وفقًا لتوصيات المطور ، من الأفضل إغلاق المستشعر باستخدام التفلون البصري لعزل المستشعر من الغبار والأوساخ. لم ينجح العثور على مثل هذا التفلون في السكة ، لذلك يصبح المستشعر متربًا وأحيانًا أقوم بمسحه باستخدام قطعة قطن.

More articles:


All Articles