Medidor de Índice UV basado en la Plataforma Arduino. Fabio Jurado Morazzani

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Virginia Cordero Poblete
hace 6 años
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2 Radiación UV Definición Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400nm (4x10-7 m) y los 200nm (2x10-7 m). Su nombre proviene a que su rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta. Esta radiación es parte integrante de los rayos solares y produce varios efectos en la salud. Los efectos biológicos de la radiación, dentro del intervalo espectral ultravioleta, presentan una drástica dependencia con la longitud de onda de la radiación. En 1932, la Comisión Internationale de l Eclairage (CIE) presentó una división para esta zona del espectro distinguiendo tres regiones A, B y C por los distintos efectos biológicos que presentan.

3 Clasificación de la Radiación UV La radiación de tipo A (UV-A) es la región espectral ultravioleta más próxima al espectro visible y comprende el intervalo de longitudes de onda desde =0.4 m hasta =0.32 m. A pesar de ser muy poco absorbida por la atmósfera, presenta menor peligro por se menos energética. Su efecto biológico principal provoca el oscurecimiento de la piel. La radiación de tipo B (UV-B) es la región intermedia del espectro ultravioleta extendiéndose entre =0.32 m hasta =0.28 m. Esta radiación mantiene un delicado equilibrio sobre los efectos biológicos considerados como normales. Pequeños incrementos en las dosis recibidas provocan importantes daños sobre la piel y los ojos ya que no es fuertemente absorbida por la atmósfera y sus efectos se encuentran en el límite de permisividad biológica. Las quemaduras que provoca son muy frecuentes por lo que se la conoce también como radiación de quemadura solar. LaradiacióndetipoC(UV-C)setratadeunaradiaciónmuy energética y con efectos negativos muy intensos como cánceres de piel y afecciones oculares de gran importancia. Abarca la zona del espectro comprendida entre =0.280 m y =0.200 m, por lo que se denomina ultravioleta lejana o radiación germicida. Esta radiación prácticamente es absorbida por el ozono estratosférico.

4 La Irradiancia Eritemática Índice UV (UVI) Los efectos biológicos de la radiación, dentro del intervalo espectral ultravioleta, presentan una drástica dependencia con la longitud de onda. El intervalo espectral corresponde a la longitud de onda λ=[280 nm, 400 nm], ya que las longitudes de onda inferiores son absorbidas. Sin embargo, la influencia de la radiación en este intervalo está modulada por un coeficiente denominado coeficiente de acción eritemática. Este coeficiente espectral, ε(λ), que caracteriza el efecto de eritema, es máximo a partir de las µm y va decreciendo a medida que aumenta la longitud de onda. Así, el poder eritemático total de la radiación se define mediante la integral de irradiancia espectral total ponderada por el coeficiente de acción eritemático. Esto se expresa como: E eritem λ < µm ε (λ) = 1 = I(λ) ε(λ) dλ, ε(λ)= µm < λ µm ε (λ ) = *((298 λ)*1000) µm λ µm ε (λ )= *((139 λ)*1000) donde E eritem es la irradiancia eritemática y I(λ) es la irradiancia solar a la longitud de onda λ a nivel de la superficie. La irradiancia eritemática es aún incompleta para determinar efectos nocivos en los individuos ya que hace referencia a una magnitud de radiación instantánea con unidades de potencia por unidad de superficie. Dado que los efectos producidos por la radiación solar se manifiestan con posterioridad a la exposición, éstos tienen un efecto acumulativo, por lo que hay que introducir el tiempo de exposición.

5 MED (Dosis Eritemática Mínima) Se define como la mínima irradiación necesaria para producir enrojecimiento en la piel, tras un determinado tiempo de exposición a la radiación. A pesar de que el enrojecimiento se produce antes en personas con escasa pigmentación en la piel que en otras con piel más oscura (o sea, depende del fototipo de piel del individuo), se toma como unidad de referencia individuos con piel blanca ligeramente pigmentada. Para este fototipo, que se corresponde con el típico individuo centroeuropeo, la dosis eritemática mínima de exposición tiene el valor de: 1 MED = 21 mj/cm2 = 210 J/m2 Índice ultravioleta UVI Se define utilizando el espectro de acción eritemática inducido por radiación UV sobre la piel humana, de la. Se trata, en definitiva, de un parámetro adimensional que da cuenta de la radiación UV relevante para las personas, y viene definido por: donde I( ) la irradiancia solar espectral ultravioleta expresada en W/(m 2. m) a la longitud de onda, ( ) es el espectro de acción eritemática y k er es una constante igual a 40 m 2 /W.

6 ε(λ), I(λ) y Eeritem

7 Uniendo Conceptos UVI = k er * E eritem entonces para un índice de un UVI, E eritem(1 UVI) = (1/40) W/m 2 = 25 mw/m 2 o 90 J/m 2 /hr. Como 1 MED = 210J/m 2 entonces, E eritem(1 UVI) = (90/210 MED/hr) = 3/7 MED/hr = MED/hr Dosis en Med/hr y Tiempo de Exposición por unidad de Índice UV Tiempo de Índice UV Med/Hr Exposición (min) La energía MED necesaria para producir eritema de acuerdo con el tipo de piel Tipos de Piel MED J/m² Piel muy clara (extrasensitiva) Piel clara (sensitiva) Piel morena clara (normal) Piel morena oscura (normal) Piel obscura (insensitiva) Piel muy obscura (insensitiva)

8 Plataforma Arduino Reseña Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquiera interesado en crear entornos u objetos interactivos. Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que le rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador, si bien tienen la posibilidad de hacerlo y comunicar con diferentes tipos de software (p.ej. Flash, Processing, MaxMSP).

9 Ventajas de utilizar Arduino: Asequible - Las placas Arduino son más asequibles comparadas con otras plataformas de microcontroladores. Aunque hay varias versiones, la placa Arduino UNO se puede adquirir por unos 25 euros. Multi-Plataforma - El software de Arduino funciona en los sistemas operativos Windows, Macintosh OSX y Linux. La mayoría de los entornos para microcontroladores están limitados a Windows. Entorno de programación simple y directo - El entorno de programación de Arduino es fácil de usar para principiantes y lo suficientemente flexible para los usuarios avanzados. No obstante, aunque con muchas más limitaciones, también es posible programarlo con Scratch for Arduino (S4A). Software ampliable y de código abierto - El software Arduino esta publicado bajo una licencia libre y preparado para ser ampliado por programadores experimentados. Hardware ampliable y de Código abierto - Arduino está basado en los microcontroladores ATMEGA168, ATMEGA328 y ATMEGA1280. Los planos de los módulos están publicados bajo licencia Creative Commons, por lo que diseñadores de circuitos con experiencia pueden hacer su propia versión del módulo, ampliándolo u optimizándolo. Incluso usuarios relativamente inexpertos pueden construir la versión para placa de desarrollo para entender cómo funciona y ahorrar algo de dinero.

Arduino UNO Especificaciones Microcontrolador Voltaje de funcionamiento Alimentación (recomendada) ATmega328 5V 7 12V Voltaje máximo de entrada(no recomendado) 20V Pines digitales I/O Pines de

10 Arduino UNO Especificaciones Microcontrolador Voltaje de funcionamiento Alimentación (recomendada) ATmega328 5V 7 12V Voltaje máximo de entrada(no recomendado) 20V Pines digitales I/O Pines de entrada analógica Corriente DC por I/O Pin 40 ma Corriente DC para el pin 3.3V 14 (de los cuales 6 dan salida PWM) 6 50 ma Memoria Flash 32 KB (ATmega328) 0.5 KB usados por el bootloader SRAM EEPROM Velocidad de reloj 2 KB (ATmega328) 1 KB (ATmega328) 16 MHz

11 Esquema del Medidor de UVI SD Card LCD Entradas y Salidas Digitales Baterias Alimentación Externa Arduino Sensor Entradas Analógicas

12 El Dispositivo

13 El Sensor CARACTERISTICAS ELECTRO OPTICAS Parameter Symbol Condition Min Typ Max Unit Spectral wavelength detection range λb nm The most sensitive wavelength λp 330 nm Output voltage Vdark Ee=100mW/m2 λp=330nm mv Sensitivity Vs RL=1MΩ mv/uvi Inaccuracy % 15 % Reverse breakdown voltage VBR V Forward voltage VF If=10mA V Capacity Ct f=1mhz 6 pf Rise time tr RL=1MΩ 10 ms Fall time tf CL=1000pF 500 ms

14 UVI vs. Voltaje de Salida

15 Longitud de Onda vs. Sensitividad

16 Mediciones UVI vs Tiempo (UNI Rimac Lima 16/09/14) UVI :55 14:16 14:38 15:00 15:21 15:43 16:04 16:26 16:48 17:09 17:31 Hora

17 UVI vs Tiempo (Jaqui Caraveli Arequipa 31/07/14) UVI :16:48 11:45:36 12:14:24 12:43:12 13:12:00 13:40:48 14:09:36 14:38:24 Hora

Implementaciones Futuras Una de las grandes ventajas de la plataforma arduino es su escabilidad, es posible espander las

utilización de nuevas características que pueden ser utilizadas en beneficio del proyecto, gracias a esto se podrían

sensores que permitan medir parámetros como geo-localización, altitud, temperatura, presión atmosférica, humedad

18 Implementaciones Futuras Una de las grandes ventajas de la plataforma arduino es su escabilidad, es posible espander las características de la tarjeta arduino agregándole módulos también llamados shields, estos módulos harían posible la utilización de nuevas características que pueden ser utilizadas en beneficio del proyecto, gracias a esto se podrían nombrar algunas funciones que se podrían agregar a nuestro medidor en un futuro inmediato: Incorporación de nuevos sensores que permitan medir parámetros como geo-localización, altitud, temperatura, presión atmosférica, humedad relativa, turbiedad atmosférica, precipitación, etc. Transmisión de datos obtenidos en tiempo real, a través de la red celular. GSM SHIELD GPS SHIELD

19 GRACIAS Fabio Jurado Morazzani

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