朱華精 劉昆 趙靜 張羽 王峰

摘 要：環(huán)境保護(hù)和健康一直是熱點(diǎn)話題。建立有效的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)對(duì)環(huán)境和健康問(wèn)題，是必要的。紫外線輻射對(duì)我們的生活有利也有弊。紫外線作為一種光輻射，一方面對(duì)人體維生素D產(chǎn)生有至關(guān)重要的作用；另一方面過(guò)量的紫外線會(huì)對(duì)人的皮膚造成傷害，破壞人體的免疫系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)一個(gè)紫外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將采用LCD12864顯示屏來(lái)描繪出紫外線指數(shù)的變化進(jìn)行紫外線強(qiáng)度監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)影響紫外線強(qiáng)度的因素展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：紫外線監(jiān)測(cè)；LCD12864；紫外線強(qiáng)度；

中圖分類號(hào)：P422.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）02-0030-04

Abstract：Environmental protection and health has always been a hot topic. It is necessary to establish effective monitoring system to cope with environmental and health problems. Ultraviolet radiation has its advantages and disadvantages for our live. Ultraviolet light as a kind of light radiation，on the one hand，has a vital role in the production of vitamin D in human body；on the other hand，excessive ultraviolet rays can cause harm to human skin and damage the body's immune system. Therefore，an ultraviolet monitoring system will be designed，which will use the LCD12864 display to describe the change in UV index for UV intensity monitoring，and then analyze the UV influencing factors.

Keywords：UV（ultraviole） monitoring；LCD12864；UV（ultraviole） intensity；

0 引 言

紫外線自從1802年被德國(guó)物理學(xué)家Rittle發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們從未停止過(guò)對(duì)其的探索。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，紫外線的監(jiān)測(cè)和應(yīng)用有了新的發(fā)展。紫外線主要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)器械消毒滅菌、餐飲業(yè)的餐具消毒、飲用水消毒上，且不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，具有廣闊的前景。還有在化學(xué)領(lǐng)域可以應(yīng)用于涂料固化、顏料固化、光刻等[1]。對(duì)人體的健康而言，中波紫外線可以促進(jìn)維生素D的產(chǎn)生，有助于預(yù)防佝僂病。然而，過(guò)度紫外線照射有害健康，容易引起皮膚老化、色素沉積等。目前的紫外線監(jiān)測(cè)裝置存在監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜、不易攜帶、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，較難廣泛推廣使用。本文設(shè)計(jì)并制作了一種紫外線監(jiān)測(cè)裝置，其具有制作簡(jiǎn)單、使用方便快捷等優(yōu)點(diǎn)[2]。

本文的紫外傳感器采用帶信號(hào)放大的GYML-8511紫外傳感器，這種傳感器的有效范圍均在280nm到370nm之間，因此監(jiān)測(cè)范圍主要是近紫外UVA和遠(yuǎn)紫外UVB。

1 監(jiān)測(cè)模型設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一款紫外線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)物，具有能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)紫外線指數(shù)并畫出曲線的功能。紫外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為52單片機(jī)、紫外線傳感器、ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、LCD液晶顯示部分。選用的紫外線傳感器是帶運(yùn)算放大的GYML-8511紫外監(jiān)測(cè)模塊，在LCD顯示方面就選用描繪曲線的LCD12864。下面介紹系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路。

基于LCD12864的紫外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)GYML-8511模塊采集紫外線指數(shù)并轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)AD0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)絃CD12864中。在LCD12864顯示中，先讀出寫入LCD12864中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理將數(shù)值轉(zhuǎn)化為曲線中的點(diǎn)，點(diǎn)的高度表示紫外線的指數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖1所示。

2 紫外線檢測(cè)原理

紫外檢測(cè)模塊選用帶運(yùn)放的GYML-8511紫外傳感器。該傳感器內(nèi)部自帶嵌入式運(yùn)算放大器，輸出電流為模擬電流，工作電流僅為0.3mA，此傳感器工作溫度在-25℃到75℃之間，在不同溫度下工作輸出的電壓不同，GYML-8511紫外傳感器光譜響應(yīng)特性如圖2所示。

3 紫外線指數(shù)影響因素分析

影響紫外線指數(shù)的因素有很多，受測(cè)試儀器的限制，本文僅分析大氣中臭氧濃度和二氧化硫濃度以及光強(qiáng)對(duì)紫外線的影響。測(cè)量時(shí)間共六天，前四天為多云以及陰雨天氣，第五天和第六天為晴天，利用搜集到的空氣中的臭氧、二氧化硫、光強(qiáng)等數(shù)據(jù)和測(cè)得的紫外指數(shù)，分析后得到各因素對(duì)紫外線指數(shù)的影響。

3.1 臭氧對(duì)紫外線指數(shù)影響

首先分析臭氧對(duì)紫外線的影響，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制出臭氧濃度與紫外指數(shù)的對(duì)比圖，如圖3所示。

從圖3中很難判斷臭氧濃度和紫外指數(shù)之間的關(guān)系，因而需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。需要控制天氣、二氧化硫等因素，使其盡量保持一致，通過(guò)控制變量法來(lái)研究?jī)烧咧g的關(guān)系。從數(shù)據(jù)中篩選出四組數(shù)據(jù)如表1所示。

將表中第一行和第二行數(shù)據(jù)，第三行和第四行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以看出在光強(qiáng)、二氧化硫濃度的影響可以忽略不計(jì)的情況下，臭氧濃度越大，紫外線指數(shù)越低。

3.2 二氧化硫?qū)ψ贤饩€指數(shù)影響

接下來(lái)分析二氧化硫?qū)ψ贤饩€指數(shù)的影響，如圖4展示的二氧化硫濃度折線圖，二氧化硫?qū)ψ贤饩€也有一定的吸收作用。SO2在陰天或者雨天的濃度都比較低，晴天的濃度略高于陰天和雨天。研究SO2的影響同樣需要挑出符合條件的點(diǎn)進(jìn)行控制變量并分析。

挑選三組數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，第一行與第二行為一組數(shù)據(jù)，第三行和第四行為一組數(shù)據(jù)，第五行和第六行為一組數(shù)據(jù)，從前兩組數(shù)據(jù)中看到當(dāng)二氧化硫的濃度升高時(shí)，紫外線的濃度會(huì)降低。符合SO2濃度越高，紫外線越小的規(guī)律。第三組數(shù)據(jù)二氧化硫的濃度急劇升高的同時(shí)紫外線指數(shù)也上升了?？梢宰⒁獾酱私M中第一個(gè)數(shù)據(jù)的臭氧濃度高于第二個(gè)數(shù)據(jù)中的臭氧濃度，臭氧對(duì)于紫外線的影響呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，因此紫外線的數(shù)值才會(huì)下降。這說(shuō)明臭氧濃度對(duì)于紫外線的影響要大于SO2濃度對(duì)紫外線的影響。

綜合以上的分析，SO2濃度對(duì)紫外線指數(shù)的影響是負(fù)相關(guān)的，二氧化硫的濃度越高紫外線指數(shù)越小，但是需要注意SO2濃度對(duì)紫外線的影響遠(yuǎn)不如臭氧對(duì)紫外線的影響。

3.3 光強(qiáng)對(duì)紫外線指數(shù)的影響

光強(qiáng)在表中的數(shù)據(jù)是通過(guò)光照度計(jì)采集的，采集地點(diǎn)和測(cè)紫外線系統(tǒng)的時(shí)間、地點(diǎn)同步，數(shù)據(jù)的可信度較高。光強(qiáng)度的單位是lux，光強(qiáng)與紫外指數(shù)曲線如圖5所示。

分析圖5，可以知道晴天的光強(qiáng)峰值遠(yuǎn)大于陰天，光強(qiáng)和紫外線指數(shù)呈現(xiàn)正相關(guān)，趨勢(shì)十分明顯。

此外，還有一些其他因素對(duì)紫外線指數(shù)也產(chǎn)生了影響，如海拔越高，紫外線指數(shù)越高；溫度越高，紫外線指數(shù)越高。

4 結(jié) 論

本文對(duì)紫外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做了詳細(xì)闡述，首先，闡述了紫外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案與原理，此款基于LCD12864的紫外線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)UVA、UVB波段進(jìn)行采樣、數(shù)據(jù)處理、液晶顯示，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)測(cè)得紫外線指數(shù)的基本功能。其次，分析紫外線指數(shù)的影響因素。通過(guò)分析得到大氣中的成分對(duì)紫外線指數(shù)的影響，臭氧與二氧化硫與紫外線指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，且臭氧對(duì)紫外線指數(shù)的影響大于二氧化硫；光強(qiáng)與紫外線指數(shù)呈正相關(guān)。然而，還存在一些不足，地理位置和溫度對(duì)紫外指數(shù)的影響有待分析。

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作者簡(jiǎn)介：朱華精（1996-），男，漢族，江蘇淮安人，本科，研究方向：光電信息科學(xué)與工程。