摘" 要：紫外线检测可广泛应用于紫外线手表、户外运动设备、移动电话、医疗器械等领域。文章设计的紫外线检测系统基于Arduino UNO主控板，通过紫外线传感器采集数据，并利用Arduino IDE编写程序，显示紫外线传感器采集到的紫外线强度及其对应的紫外线指数等级。该系统通俗易懂，能让使用者清晰了解当前紫外线强度的等级划分，可作为出行、防晒、户外运动等场景的防护参考，适用于需要测量紫外线强度和紫外线指数的场合。
关键词：Arduino UNO；紫外线传感器；紫外线指数
中图分类号：TP212；TP39 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2025）04-0022-04
Design of a UV Detection Device
YIN Xiaotian
（Luzhou Vocational and Technical College， Luzhou" 646000， China）
Abstract： UV detection can be widely applied in UV watches， outdoor sports equipment， mobile phones， medical devices， and other devices. The UV detection system designed in this paper is based on the Arduino UNO main control board. It collects data through a UV sensor， uses the Arduino IDE to write programs， and displays the UV intensity and the corresponding UV index level collected by the UV sensor. The system is easy to understand and allows users to have a clear concept of the current UV intensity level. It can serve as a reference for protection in scenarios such as travel， sun protection， and outdoor sports， and it is suitable for occasions where UV intensity and UV index need to be measured.
Keywords： Arduino UNO; UV sensor; UV index
0" 引" 言
紫外线又称紫外光（UV），波长范围在100～400 nm（纳米）之间，分为UVA（波长315～400 nm）、UVB（波长280～315 nm）、UVC（波长200～280 nm）及真空紫外线（波长100～200 nm）[1]。能透过臭氧层和云层到达地球表面的紫外线是UVA和UVB部分，而UVB会使人类的皮肤变红，短期内降低维生素D的生成，长期可能导致皮肤癌、白内障及抑制免疫系统功，环境科学家提醒，应该注意紫外线辐射对人体的危害并采取必要的预防措施。紫外线的检测，对于人们生活质量的提高和身体健康有着重要的辅助意义。
1" 设计框架
本文设计的紫外线检测装置基于Arduino UNO主控板，主要检测UVB的强度，并通过液晶屏显示紫外线强度及其对应的紫外线指数等级。该装置能够让使用者对当前紫外线强度有一个量化的认知，通俗易懂，可为出行、防晒、户外运动等提供防护参考，适用于需要测量紫外线强度和紫外线指数的场合，如环境监测、农业和林业、医疗诊断、安全防护、杀菌消毒等领域。Arduino UNO主控板的核心是一个微控制器，可通过一系列引脚连接各种传感器、执行器和显示器等外部设备。其官方开发环境为Arduino IDE，也可使用其他图形化编程软件进行编程。该主控板具有开放源码、易用、成本低、功能多样、易于创新等优点，可通过串口、Wi-Fi模块或物联网模块连接计算机上位机或手机APP进行显示[2]。
如图1所示，本文设计的紫外线检测装置的系统框图主要包括Arduino UNO主控板、紫外线光照传感器和显示模块[3]。紫外线光照传感器采集环境中的紫外线强度，并将信号传输至主控板。通过在Arduino IDE中编写程序，将采集到的紫外线强度转换为紫外线指数等级，并通过专用下载器将程序烧录到主控板。主控板对传感器采集的信号进行处理后，通过液晶屏显示紫外线强度和指数等级，并可通过串口模拟监视环境的紫外线情况[4]。在此基础上，如果接入物联网云平台和账号，可通过Wi-Fi或物联网模块设置通信网络，实现通过计算机或手机进行远程监视[5]。
2" 电路的硬件
2.1" 紫外线传感器
紫外线传感器是一种基于光电子发射效应的光电传感器，能够通过特定的光敏元件将紫外线信号转换为可测量的电信号。它具有高灵敏度、高输出、高响应速度等特点，能够检测人类感官无法直接感知的紫外线辐射，并在各种复杂环境中稳定可靠地工作。
通过查阅元件的数据手册，S12SD是一种高灵敏度的UV紫外线传感器，采用氮化镓基材料的肖特基光电二极管，具有高响应度和低暗电流。它可以测量太阳光紫外线强度的总量，响应速度快，且具有全互换性。S12SD能够检测波长范围为200～370 nm的紫外线，即UVB紫外线，符合设计需求。其电流输出与紫外线指数呈线性关系，特性稳定且易于操作。
如表1所示，紫外线指数是指当太阳在天空中的位置最高时，到达地球表面的太阳光线中紫外线辐射对人体皮肤的潜在损伤程度。根据世界卫生组织的紫外线指数分级标准，紫外线指数用0～11+的数字表示（通常0～2为低风险，3～5为中等风险，6～7为高风险，8～10为极高风险，11+为极端风险）。夜间的紫外线指数为0，而在热带、高原地区或晴天时，紫外线指数可能达到11+。紫外线指数越高，表示紫外线辐射对人体皮肤的红斑损伤程度越强，且在更短时间内对皮肤的伤害越大[6]。
2.2" 显示电路
显示方式有多种，如数码管、液晶屏，或者通过串口、Wi-Fi模块或物联网模块连接电脑的上位机或手机APP。具体如下：
1）下位机通常采用数码管或液晶屏显示。例如，1602LCD液晶屏是一种专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，能够同时显示16×2（两行字符），即32个字符[7]。
2）通过串口连接到计算机，然后使用串口监视软件或设计组态软件显示监测结果。
3）通过Wi-Fi模块或物联网模块，在计算机或手机上设置网络并添加设备，实现无线显示。然而，Wi-Fi模块占用较多I/O口，同时需要物联网平台配合。通过设置网络和设备实现通信，而如果采用手机应用程序显示，则难度更大。
本设计采用1602LCD液晶屏，并通过串口监视返回的紫外线数据采集情况，以此验证电路设计的正确性。
I2C转接板模块电路如图3所示。本设计选用带I2C转接板的1602液晶屏，以分屏方式显示紫外线强度和紫外线指数。LCD1602液晶屏通过I2C（集成电路总线）驱动，可极大简化接线和驱动程序。I2C是一种串行通信总线，应用于板载低速设备间的通信，简化系统硬件设计，减少设备间的连线。I2C串行总线有两根信号线：一根是双向数据线SDA，另一根是时钟线SCL。每个I2C设备都有自己的地址，多个设备通过设备地址进行区分。I2C转接板直接焊接于LCD1602，通过模块背面的跳线帽设置是否开启背光，通过可调电阻调节显示对比度。设备默认地址为0x27[8]，不支持汉字显示。
2.3" 搭建电路
准备Arduino UNO主控板、S12SD紫外线传感器、1602LCD液晶屏等，并将各个电路连接起来。
除了连接电源和地线外，紫外线传感器的SIG脚连接到主控板的A0脚，1602液晶屏通过I2C驱动连接，其SDA脚连接到主控板的A4脚，SCL脚连接到主控板的A5脚。计算机通过串口公头连接主控板的串口母座。
3" 软件设计
3.1" 紫外线模块程序
紫外线传感器模块的主要功能是读取紫外线强度并转换为紫外线指数。部分程序源代码如下：
void setup（） {
Serial.begin（9600）;}
void loop（） {
sensorValue = 0;
sum = 0;
Serial.print（vout）;
if" "（vout lt; 50）" "{ uv = 0; }
else if （vout lt; 227） { uv = 1; }
else if （vout lt; 318） { uv = 2; }
else if （vout lt; 408） { uv = 3; }
else if （vout lt; 503） { uv = 4; }
else if （vout lt; 606） { uv = 5; }
else if （vout lt; 696） { uv = 6; }
else if （vout lt; 795） { uv = 7; }
else if （vout lt; 881） { uv = 8; }
else if （vout lt; 976） { uv = 9; }
else if （vout lt; 1079） { uv = 10; }
else" " " " " " "{ uv = 11; }
delay（20）;
Serial.print（out）;
Serial.println（uv）;}
3.2" 1602液晶屏程序
带I2C转接板的1602液晶屏用于显示紫外线强度和紫外线指数。部分程序源代码如下：
LiquidCrystal_I2C lcd（0x27，16，2）;
void setup（）{
lcd.init（）;
lcd.backlight（）;}
void loop（）{
lcd.setCursor（6，1）;
lcd.print（vout）;
lcd.setCursor（11，1）;
lcd.print（uv）;}
打开Arduino IDE，点击“文件”，加载库，打开本设计的工程文件.ino，选择相应的开发板型号和COM口，编译程序并下载到主控板上[9-10]。或者通过图形化编程软件进行编程，并将程序下载到主控板上。液晶屏显示情况如图4所示。打开串口监视器，使用紫外笔或紫外灯照射传感器，将监测到的紫外线强度和UV值显示在串口监视器上，串口返回情况如图5所示。
4" 结" 论
本文设计了一种紫外线检测电路，通过Arduino UNO主控板、S12SD紫外线传感器模块和1602LCD液晶屏，实现了对紫外线的检测和显示。该设计可为日常防护、环境监测、农业和林业、医疗诊断、安全防护等领域提供量化的参考。同时，未来的紫外线传感器将不仅仅局限于单一的紫外线检测功能，而是会具备更多附加功能。例如，它们可以与温度传感器、湿度传感器等其他类型的传感器集成，实现多参数的同时监测和测量，从而提高系统的综合性能和实用性。
参考文献：
[1] 樊浩田，薛文瑞，陈宇婷，等.基于金属铑和二氧化硅材料的紫外线超宽带吸收器 [J].中国激光，2024，51（2）：203-211.
[2] 耿新洋，袁正平，王富林.基于ARDUINO的铀矿井下环境监测及智能通风系统设计 [J].中国安全生产科学技术，2022，18（7）：109-113.
[3] 伍懿美，周旭华，林柏烽.基于Arduino的环境智能检测装置的设计与实现 [J].电子制作，2023，31（9）：29-32.
[4]董千恒，张秀再，许芝也.基于Arduino和STM32的主动式手部训练系统 [J].电子测量技术，2023，46（3）：114-120.
[5] 曾昭优，陈晓.基于Arduino的智能家居管理系统设计 [J].信息技术，2023（9）：91-95.
[6] 朱静华，丛林.夏季运动小贴士：如何有效防晒，保护皮肤健康 [J].田径，2024（7）：84+82.
[7] 苏杰仁.字符型LCD1602显示分析与实现 [J].科技资讯，2022，20（22）：9-12+160.
[8] 张沛航，栾昱霖，杨帆，等.基于Arduino脑控排爆机器人设计应用 [J].制造业自动化，2023，45（8）：104-107.
[9] 平震宇，李培峰，孟帆.基于GDB的Arduino远程调试器的研究与实现 [J].实验室研究与探索，2020，39（5）：126-131.
[10] 赵红英，张建伟，冯媛，等.基于物联网技术的智慧健康监测系统设计与实现 [J].现代电子技术，2024，47（15）：157-162.
作者简介：尹小田（1984—），女，汉族，湖南永州人，讲师，本科，研究方向：电子信息技术。
收稿日期：2024-09-09
