UV-Sensor UVM30A

Aus HSHL Mechatronik
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Abb. 1: UV-Sensor UVM30A
Autor: Oliver Scholze
Studiengang: Business and Systems Engineering
Modul: BSE-M-2-1.03, Hausarbeit in Angewandte Informatik gehalten von Prof. Dr.-Ing. Schneider
Semester: Sommersemester 2024
Abgabetermin: 28.07.2024

Einführung

Aufgabenstellung

Messen Sie Intensität eines gegebenen ultravioletten Lichts. Zeigen Sie auf dem Display an, welchem UV Index die Intensität entspricht.

  • Thema/Fragestellung: Messung der UV-Intensität erfolgt mit dem Sensor UVM30A
  • Hypothese: Die Wellenlängen lassen sich im Bereich von 200 nm-370 nm fehlerfrei messen.
  • Einordnung in den Lehrplan

Projektbeschreibung

Tabelle 2: Materialliste
# Anzahl Material
1 1 PC mit MATLAB/Simulink R2023b
2 1 UV-Sensor - UVM30A
3 1 Arduino Uno R3
4 1 Streckbrett
5 5 Jumper Kabel, männlich/männlich, 20 cm
5 1 LCD-Display mit I2C

Beschreibung Funktionsweise der verwendeten Hard- und Software

  • Arduino Uno R3: Der Arduino Uno R3 ist das Herzstück des Systems und dient als Mikrocontroller
  • UVM30A: Er erzeugt ein elektrisches Signal, dessen Spannung oder Stromstärke von der Intensität der UV-Strahlung abhängt, die auf den Sensor trifft
  • Simulink R2023b: Erstellung des Programms zur Ansteuerung und Auswertung der angeschlossenen Hardware (UVM30A und LCD Display).
  • LCD-Display mit I2C: Das LCD-Display wird verwendet, um die gemessenen UV-Intensitätswerte anzuzeigen.

Technische Daten

Messbereich 200-370 nm
Versorgungsspannung 3 V .. 5 V
Versorgungsstrom 0.06 mA, maximal 0.1 mA
Genauigkeit +-1 UV Index
Gewicht 13 g
Getriebe Kunststtoff
Arbeitstemperatur -20 °C .. +85 °C
Abmessungen 34 mm x 13 mm x 7 mm

Pinbelegung

Pin Belegung Signal
1 Versorgungsspannung VCC 5 V
2 Analoger Ausgang 0-1  V
3 Masse (GND) 0 V

Versuchsaufbau und Durchführung

Versuchsaufbau

Abb. 2: Schaltplan
Abb. 3: Anschlussplan
Abb. 4: Foto des Versuchsaufbaus

Der Versuchsaufbau wird durch einen Schaltplan (Abb. 2), Anschlussplan (Abb. 3) und Foto des Aufbaus (Abb. 4) dokumentiert.

Versuchsdurchführung

Abb. 5: Simulink-Modell

Das Modell zur Datenverarbeitung wurde gemäß Abb. 5 in Simulink aufgebaut. Die Messdaten wurden aufgezeichnet. Ein Video der Versuchsdurchführung findet sich hier.

// Werte für den 1-D Lookup-Table zur Umwandlung der Spannungswerte in den UV-Index
Output_Voltage = [0.0 0.150 0.250 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100]; // Wert aus AD-Wandler [V]
UV_Index = [0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11]; // UV-Wert


Modelleinstellungen: Arduino Uno, Solver: Fixed-step, discrete, Abtastrate: 0,001 s

Versuchsbeobachtung

Abb. 6: Darstellung des Rohsignals des IR-Entfernungssensors (rote Kurve)
Abb. 7: Darstellung von dynamischen Messwerten des IR-Entfernungssensors

Das Signal des Sensors weist alle 40 ms systematische Ausreisser auf (vgl. Abb. 6, rote Kurve).

Auswertung

Die Messhypothese wurde verworfen. Der Sensor weist systematische Messwertausreisser auf.

Die Ausreisser lassen sich mit einem Signalfilter eliminieren. Hierzu eignet sich ein Rangordnungsfilter (z. B. Median-Filter). Das Filter wird hierzu auf eine Fensterbreite von 30 Werten eingestellt. Das zufriedenstellende Filterergebnis für statische Werte zeigt Abb. 6 als blaue Kurve. Es konnte mit dynamische Werten verifiziert werden (vgl. Abb. 7). Das Datenblatt ([2, S. 6]) belegt die Messungen und bezeichnet die Messausreisser als "instabile Ausgabe" für maximal 5 ms alle 40 ms. Mit 50 Werten erhöht sich die Filterwirkung, es entsteht jedoch ein Delay von 10 ms. Mit 10 Werten ist die Filterwirkung zu gering.

Zusammenfassung und Ausblick

  • Zusammenfassung der Kapitel 1-4
  • Diskussion der Ergebnisse
  • Ausblick
  • Selbstreflexion/Lessons learned

Ergebnisvideo

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Lernzielkrontrolle

Beantworten Sie in Ihrem Artikel die Lernzielkontrollfragen.

Literatur

Zitieren Sie nach DIN ISO 690:2013-10. https://www.wiltronics.com.au/wp-content/uploads/datasheets/ARD2-2062.pdf

Anhang

  • Datenblätter
  • Simulink-Modell
  • Originaldateien (PAP, Schaltplan,... )

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