3.3.3 Solar-Ultraviolett-Detektor

3.3.3.1 Übersicht

Der Solar-Ultraviolett-Detektor ist ein Präzisionsinstrument zur Messung der Intensität ultravioletter Strahlung der Sonne. Er detektiert ultraviolette (UV) Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist, und quantifiziert deren Intensität. Ähnlich wie Lichtstärkemesser basieren sie ebenfalls auf dem photoelektrischen Effekt, doch liegt ihr Kern in der selektiven Erfassung ultravioletter Strahlen.

In diesem Projekt zeigt das OLED die ermittelte Ultraviolett-Intensität in Echtzeit an. Überschreitet sie einen bestimmten Wert, gibt der Lautsprecher auf der Platine Alarm, und die 5×5 LED-Matrix zeigt ein Muster als Warnsignal an.

Der Solar-Ultraviolett-Detektor wird in fast allen Situationen eingesetzt, in denen eine Quantifizierung von „UV-Licht“ erforderlich ist, einschließlich Tests von UV-Härtungslampen und Sonnenschutzprodukten, UV-Phototherapie-Geräten, Überwachung von UV-Desinfektionslampen in Wasseraufbereitungs- und Luftreinigungssystemen usw.

3.3.3.2 Bauteilwissen

Solar-Ultraviolett-Sensor

Der Ultraviolett-Sensor dient zur Erkennung von Ultraviolettstrahlung und besteht hauptsächlich aus dem auf Halbleiter-Photodioden basierenden G365S01M. Er kann die UV-Strahlungsintensität in der Umgebung in ein analoges Spannungssignal umwandeln, das von einem Mikrocontroller (z. B. einem micro:bit-Board) ausgelesen werden kann. Sein Schaltbild ist wie folgt:

Photoelektrische Umwandlung: Wenn die ultraviolette Photodiode im Sensor UV-Licht ausgesetzt wird, erzeugt sie einen sehr schwachen Strom (proportional zur UV-Intensität).

Stromverstärkung: Dieser schwache Strom wird durch den intern integrierten Operationsverstärker verstärkt.

Signalausgang: Das verstärkte Signal wird direkt als analoge Spannung an einem Pin ausgegeben. Der Spannungswert liegt üblicherweise zwischen 0V und 1V (bei 3,3V Versorgung). Je stärker die UV-Intensität ist, desto höher ist die Spannung.

Parameter:

• Betriebsspannung: DC 5V

• Wellenlänge der Spitzenantwort: 355nm (λmax)

• Maximale Empfindlichkeit (355nm): 0.18A/W (Rmax)

• Spektraler Empfindlichkeitsbereich: 220~370nm

• Verhältnis UV/sichtbares Licht Empfindlichkeit (Rmax/R400nm): > (VB)

Micro:bit 5×5 LED-Matrix

Die LED-Matrix des micro:bit-Boards enthält 25 LEDs in einem Gitter. Wir können eine bestimmte LED steuern, indem wir ihren Positionswert in den Testcode integrieren. Theoretisch können viele LEDs gleichzeitig eingeschaltet werden, um Muster, Ziffern und laufende Zeichen anzuzeigen.

3.3.3.3 Benötigte Komponenten

micro:bit V2 Hauptplatine ×1	micro:bit Shield ×1	OLED-Anzeige ×1
Ultraviolett-Sensor ×1	micro USB-Kabel ×1	4-poliges Kabel ×1
3-poliges Kabel ×1	Batteriefach ×1	AA-Batterien (selbst bereitgestellt) ×6

3.3.3.4 Schaltplan

⚠️ Beim Verdrahten bitte auf die Kabelfarben achten.

OLED display	wire color	micro:bit shield pin	micro:bit board pin
GND	black	G	G
VCC	red	V2	V
SDA	blue	20	P20
SCL	green	19	P19

ultraviolet sensor	wire color	micro:bit shield pin	micro:bit board pin
G	black	G	G
V	red	V2	V
S	yellow	1	P1

3.3.3.5 Code-Ablauf

3.3.3.6 Testcode

⚠️ Beachten Sie, dass der Schwellenwert 5 in der if()-Bedingung je nach tatsächlicher Situation geändert werden kann.

Kompletter Code:

Kurze Erklärung:

① OLED-Pixel initialisieren, OLED löschen.

② OLED zeigt die Sonnen-UV-Intensität in einer Zeile an.

③ Bedingte Anweisung: if()…else…

Wenn die gemessene Ultraviolett-Intensität der Sonnenstrahlung größer oder gleich 5 ist, zeigt die 5×5-LED-Matrix und an und der Lautsprecher gibt Alarm. Andernfalls zeigt die Matrix und der Lautsprecher bleibt stumm.

④ Verzögerung 1000 ms (1 s).

3.3.3.7 Testergebnis

Nach dem Verdrahten und dem Einschalten über das micro USB-Kabel, schließen Sie die externe Stromversorgung (6 AA-Batterien) an, um eine ausreichende Stromversorgung sicherzustellen.

Für die Windows 10 App einfach auf Download klicken. Für den Browser senden Sie die .hex-Datei an das micro:bit-Board.

⚠️ Hinweis: Testumgebung für den Ultraviolett-Sensor: Mittagslicht (10:00–14:00); Beschattung vermeiden; Sensor direkt zur Sonne ausrichten.

Nach dem Hochladen des Testcodes auf das micro:bit-Board zeigt das OLED die ermittelte Ultraviolett-Intensität in Echtzeit an.

Wenn die gemessene Ultraviolett-Intensität der Sonnenstrahlung größer oder gleich 5 ist, zeigt die 5×5-LED-Matrix und an und der Lautsprecher gibt Alarm. Andernfalls zeigt die Matrix und der Lautsprecher bleibt stumm.

⚠️ Hinweis: Die Bausteine im Experiment sind nicht in diesem Kit enthalten.

(Tipp: Wenn kein Ergebnis beobachtet wird, drücken Sie bitte die Reset-Taste des micro:bit-Boards.)