Sensore UV GUVA-S12SD - Arduino

Il sensore GUVA-S12SD prodotto dalla Roithner Lasertechnik GmbH è un fotodiodo UV al nitruro di gallio (GaN), alloggiato in un package SMD 3528. É utilizzato principalmente per il monitoraggio dei LED blu usati per polimerizzazione UV o monitoraggio LED UV.
In questo caso è utilizzato invece, per monitorare le radiazioni UV dei raggi solari.
La radiazione UV o la radiazione della luce ultravioletta, ha lunghezza d’onda nello spettro elettromagnetico compreso tra 10 nm a 400 nm . Il sensore rileva valori nella gamma spettrale compresa tra 345 – 450 nm, questa lunghezza d’onda è classificata come parte dello spettro dei raggi UVB e la maggior parte dello spettro dei raggi UVA.
Un altro tipo di sensore UV é quello analizzato nell’articolo Sensore UV ML8511 GYML8511- Arduino

Indice

Qual è la differenza tra raggi UVA, UVB e UVC?

I raggi ultravioletti si differenziano per la loro lunghezza d’onda e si suddividono in raggi UVA, UVB e UVC (non misurabili con il nostro sensore):

I raggi UVA (315-400 nm) rappresentano circa il 95% dei raggi UV e la loro irradiazione è costante, non solo durante tutto l’anno, ma anche in tutti i momenti della giornata. Quando camminiamo all’aperto in una giornata di sole siamo perciò sempre esposti a questi raggi, non importa se sia estate o inverno.
I raggi UVB (280-315 nm) costituiscono il 5% dei raggi UV e sono presenti maggiormente nel periodo tra aprile e ottobre. La loro intensità però è influenzata anche da altri fattori come altitudine, stagione, orario della giornata, presenza di nuvole e inquinamento.
I raggi UVC (100-280 nm) sono potenzialmente quelli più pericolosi per l’uomo, Vengono filtrati dallo strato di ozono così da non arrivare alla Terra e pertanto non rappresentano un rischio per la nostra salute.

Quali sono i rischi di un’esposizione prolungata?

Durante l’esposizione solare, soprattutto in estate, quando tendiamo a rimanere al sole più a lungo e i raggi UVB sono presenti, possiamo incorrere in alcuni fastidi causati proprio dall’azione dei raggi UV. Ecco quali sono:

Rischi degli UVA: gli UVA penetrano più in profondità negli strati del derma e sono responsabili dell’invecchiamento cutaneo quindi della comparsa di rughe e macchie della pelle. Questi raggi possono provocare anche delle dermatiti solari e sono la causa dello sviluppo dei tumori cutanei.
Rischi degli UVB: gli UVB sono i raggi che donando alla pelle la cosiddetta tintarella, il colorito sano e bronzeo a cui tutti aspiriamo durante i mesi estivi. Fate attenzione però: abbronzatura non deve essere sinonimo di scottatura perché questo è proprio uno degli effetti collaterali degli UVB. Gli UVB quindi sono responsabili degli eritemi solari e contribuiscono anche loro alla formazione di tumori della pelle.

Tabella indice UV

Il valore UV é associato a dei valori compresi tra 1 e 11; ogni indice è poi associato ad un colore che va dal verde, non pericoloso a viola, molto pericoloso.

Descrizione del sensore

Il sensore GUVA-S12SD è formato da un fotodiodo UV al nitruro di gallio (GaN), alloggiato in un package SMD 3528.

Circuito elettrico del modulo sensore UV GUVA-S12SD

Per facilitare l’utilizzo del sensore è disponibile uno specifico modulo Breakout.

Nello schema sopra riportato sono visibili i componenti utilizzati, il modulo sensore UV, D1 tipo GUVA-S12SD (datasheet) è un fotodiodo di tipo Schottky al nitruro di gallio, ottimizzato per il funzionamento in modalità fotovoltaica.
Vediamo poi il prossimo componente principale U1 che è uno dei due amplificatori operazionali presenti all’interno del Chip LM358 (datasheet) ; gli amplificatori sono ad alto guadagno, con compensazione interna della frequenza, e sono progettati specificamente per funzionare a singola alimentazione.

In altri moduli (vedi foto sotto) l’integrato LM358 è sostituito con il modello SGM8521 (datasheet), che é sempre un amplificatore operazionale Rail-to-Rail I/O CMOS.

Altri modelli di moduli

In commercio si trovano diversi modelli di modulo che utilizzano il sensore UV GUVA-S12SD. Sotto sono presenti alcuni modelli

Altri sensori raggi UV

Un altro modello di sensore UV è il tipo ML8511 (GYML8511) che permette di misurare l’intensità della luce ultravioletta in mW/cm^2. Per le sue caratteristiche vedere l’articolo Sensore UV ML8511 GYML8511- Arduino

PINOUT del modulo sensore UV GUVA-S12SD

OUT: tensione di uscita direttamente proporzionale all’intensità della radiazione ultravioletta
GND: massa alimentazione
VIN: ingresso alimentazione 2,7-5,5 VDC

Dove trovare il sensore?

Il Breakout con sensore GUVA-S12SD (simile a quello provato) può essere acquistato presso il sito FUTURA ELETTRONICA, il codice prodotto è 8300-UVDETMOD, il suo costo, al momento della pubblicazione di questo articolo di 6,90 €.

Collegamento di base del sensore

Vediamo prima di tutto il collegamento di base del sensore, in questo caso leggeremo i valori forniti dal sensore tramite il monitor seriale dell’IDE.

Materiale occorrente

Il materiale per realizzare il nostro misuratore di UV è formato da:

Programma/codice sorgente

Di seguito è riportato il codice sorgente di base per la lettura del sensore

/*
  sensore-GUVA-S12SD_base.ino
  Lo sketch misura la tensione misurata dal sensore
  GUVA-S12SD, e mostra il valore tramite il monitor
  seriale
*/
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
  float sensorVoltage;
  float sensorValue;

  sensorValue = analogRead(A0);
  sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 3.3;
  //sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;
  Serial.print("Lettura sensore = ");
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.println("");
  Serial.print("Tesione sensore = ");
  Serial.print(sensorVoltage);
  Serial.println(" V");
  delay(1000);
}

sensore-GUVA-S12SD_base.ino

Lo sketch misura la tensione misurata dal sensore

GUVA-S12SD, e mostra il valore tramite il monitor

seriale

void setup()

{

Serial.begin(9600);

}

void loop()

{

float sensorVoltage;

float sensorValue;

sensorValue = analogRead(A0);

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 3.3;

//sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;

Serial.print("Lettura sensore = ");

Serial.print(sensorValue);

Serial.println("");

Serial.print("Tesione sensore = ");

Serial.print(sensorVoltage);

Serial.println(" V");

delay(1000);

}

Collegamento del sensore e lettura su display

Vediamo ora di aggiungere allo schema visto sopra, un display OLED che ci permetterà di leggere i valori senza l’utilizzo di in PC . In questo caso sarà anche mostrato l’indice UV, che fa riferimento alla tabella sottostante. Nella tabella è mostrato il valore dell’indice UV in relazione al valore di tensione in mV fornito dalla tensione. Per la valutazione del valore dell’indice si è fatto riferimento alla tabella visibile in questo link (fonte Wikipedia)

Esempio di indicazione fornita dal programma

Il display utilizzato

In questo progetto viene usato un Display OLED 0.96″ 128×64 -SSD1306 che ha una risoluzione di 128×64 pixel, e sfrutta il driver SSD1306 e si interfaccia tramite la connessioni I2C.
Il display ha la particolarità di avere una parte superiore con led gialli e quella inferiore di colore blu.

Per maggiori informazioni vedere articolo Display OLED 0.96″ 128×64 -SSD1306

Materiale occorrente

Il materiale per realizzare il nostro misuratore di UV con display è formato da:

Schema dei collegamenti

Rispetto ai collegamenti precedenti si sono aggiunti solamente quelli relativi al bus I2C, in questo caso si sono utilizzati i pin presenti al lato della porta USB, ma possono essere utilizzati anche i pin A4 (SDA) e A5 (SCL). Più i due pin di alimentazione VCC (5V) e GND.

Programma/codice sorgente

Di seguito è riportato il codice sorgente Arduino per la lettura del Sensore UV GUVA-S12SD.
In questo caso utilizzando un display, occorre utilizzare alcune librerie. Troverete tutte le informazioni nell’articolo Display OLED 0.96″ 128×64 -SSD1306

/*
  sensore-GUVA-S12SD_display.ino
  Lo sketch misura la tensione misurata dal sensore
  GUVA-S12SD, lo trasforma nel'indice UV e lo mostra
  sul display
*/

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
// OLED display wire address
#define OLED_ADDR   0x3C
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET 1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);


int UV_index;
String quality = "";

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  // initialize and clear display
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR);
  display.display();
  delay(2000);
  display.clearDisplay();
}

void loop()
{
  float sensorVoltage;
  float sensorValue;
  sensorValue = analogRead(A0);
  sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 3.3;

  //Trasmissione dati monitor seriale
  Serial.print("sensor reading = ");
  Serial.print(sensorValue);
  Serial.println("");
  Serial.print("sensor voltage = ");
  Serial.print(sensorVoltage);
  Serial.println(" V");

  //Scrittura dati su display
  int UV_index = sensorVoltage / 0.1;
  //condition for UV state
  if (UV_index <= 2) {
    quality = "  BASSO  ";
  }
  else if (UV_index > 2 && UV_index <= 5) {
    quality = " MODERATO ";
  }
  else if (UV_index > 5 && UV_index <= 7) {
    quality = "   ALTO  ";
  }
  else if (UV_index > 7 && UV_index <= 10) {
    quality = "MOLTO ALTO";
  }
  else {
    quality = " ESTREMO  ";
  }
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(5, 0);
  display.setTextSize(2);
  display.println("Indice UV");
  display.setCursor(50, 20);
  display.setTextSize(3);
  display.print(UV_index);
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 50);
  display.println(quality);
  display.display();
  delay(1000);
  display.clearDisplay();
}

sensore-GUVA-S12SD_display.ino

Lo sketch misura la tensione misurata dal sensore

GUVA-S12SD, lo trasforma nel'indice UV e lo mostra

sul display

#include <Wire.h>

#include <Adafruit_SSD1306.h>

// OLED display wire address

#define OLED_ADDR 0x3C

#define SCREEN_WIDTH 128

#define SCREEN_HEIGHT 64

#define OLED_RESET 1

Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

int UV_index;

String quality = "";

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// initialize and clear display

display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, OLED_ADDR);

display.display();

delay(2000);

display.clearDisplay();

}

void loop()

{

float sensorVoltage;

float sensorValue;

sensorValue = analogRead(A0);

sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 3.3;

//Trasmissione dati monitor seriale

Serial.print("sensor reading = ");

Serial.print(sensorValue);

Serial.println("");

Serial.print("sensor voltage = ");

Serial.print(sensorVoltage);

Serial.println(" V");

//Scrittura dati su display

int UV_index = sensorVoltage / 0.1;

//condition for UV state

if (UV_index <= 2) {

quality = " BASSO ";

}

else if (UV_index > 2 && UV_index <= 5) {

quality = " MODERATO ";

}

else if (UV_index > 5 && UV_index <= 7) {

quality = " ALTO ";

}

else if (UV_index > 7 && UV_index <= 10) {

quality = "MOLTO ALTO";

}

else {

quality = " ESTREMO ";

}

display.setTextColor(WHITE);

display.setCursor(5, 0);

display.setTextSize(2);

display.println("Indice UV");

display.setCursor(50, 20);

display.setTextSize(3);

display.print(UV_index);

display.setTextSize(2);

display.setCursor(0, 50);

display.println(quality);

display.display();

delay(1000);

display.clearDisplay();

}

Sensore UV GUVA-S12SD – Arduino