Personal Lightning Detector: 5 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

I det här projektet skapar vi en liten enhet som varnar dig för närliggande blixtnedslag. Den totala kostnaden för allt material i detta projekt kommer att vara billigare än att köpa en kommersiell blixtdetektor, och du får finslipa dina kretsframställningsförmågor i processen!

Sensorn som används i detta projekt kan detektera blixtnedslag upp till 40 km bort, och kan också bestämma avståndet till en attack till en tolerans av 4 km. Även om detta är en pålitlig sensor, bör du aldrig lita på den för att varna dig för blixtnedslag om du är utomhus. Ditt eget kretsarbete kommer inte att vara lika tillförlitligt som en kommersiell blixtdetektor.

Detta projekt är baserat på AS3935 lightning sensor IC, med en bärarkrets från DFRobot. Den upptäcker elektromagnetisk strålning som är karakteristisk för blixtnedslag och använder en speciell algoritm för att omvandla denna information till en avståndsmätning.

Tillbehör

Detta projekt kräver bara några delar. Information skickas ut till användaren via en piezo -summer och kretsen drivs via ett litiumjonpolymerbatteri. Nedan följer en komplett lista över alla delar:

• DFRobot Lightning Sensor
• DFRobot Beetle
• DFRobot LiPoly laddare
• Piezo -summer (behöver bara en - många olika typer fungerar)
• 500 mAh LiPoly (3,7 V LiPoly fungerar)
• Skjutbrytare (alla små omkopplare fungerar)

Förutom dessa objekt vill du ha följande verktyg/artiklar:

• Lödkolv
• Löda
• Anslutningstråd
• Wire strippers
• Lim pistol

Jag beskriver också processen med att skapa ett 3D-tryckt fodral för detta projekt. Om du inte har en 3D -skrivare går det fortfarande bra att använda enheten utan fodral.

Steg 1: Kretsen

Eftersom det finns ett relativt litet antal delar i denna konstruktion, är kretsen inte särskilt invecklad. De enda datalinjerna är SCL- och SDA -linjerna för blixtsensorn och en anslutning för summern. Enheten drivs av ett litiumjonpolymerbatteri, så jag bestämde mig för att också integrera en lipoladdare i kretsen.

Bilden ovan visar hela kretsen. Observera att anslutningen mellan lipolybatteriet och lipolybatteriladdaren sker via JST -han-/honkontakterna och inte kräver lödning. Se videon i början av detta projekt för ytterligare information om kretsen.

Steg 2: Kretsmontering

Denna enhet är en bra kandidat för en kretsmonteringsmetod som kallas fritt formande. I stället för att fästa delarna i det här projektet på ett substrat som ett perf -kort, kommer vi istället bara att ansluta allt med ledningar. Detta gör projektet mycket mindre, och det är något snabbare att montera, men ger i allmänhet mindre estetiskt tilltalande resultat. Jag gillar att täcka mina fritt formade kretsar med ett 3D-tryckt fodral i slutet. Videon i början av detta projekt beskriver den fritt formande processen, men jag kommer också att gå igenom alla steg jag tog textmässigt.

Första stegen

Det första jag gjorde var att losa de gröna kopplingsblocken från lipoladdaren. Dessa behövs inte och tar upp plats. Jag kopplade sedan "+"-och "-"-terminalerna på lipoladdaren till "+"-och "-"-terminalerna längst fram på skalbaggen. Detta matar liposbatteriets råa spänning rakt in i mikrokontrollen. Skalbaggen behöver tekniskt sett 5V, men den kommer fortfarande att fungera på ungefär 4V från lipoly.

Anslutning av blixtsensorn

Jag klippte sedan den medföljande 4-poliga kabeln så att ungefär två tum tråd kvarstod. Jag tog av ändarna, kopplade in kabeln i blixtsensorn och gjorde följande anslutningar:

• "+" på blixtsensorn till "+" på skalbaggen
• "-" på blixtsensorn till "-" på skalbaggen
• "C" på blixtsensorn till "SCL" -kudden på skalbaggen
• "D" på blixtsensorn till "SDA" -kudden på skalbaggen

Jag kopplade också IRQ -stiftet på blixtsensorn till RX -plattan på skalbaggen. Denna anslutning behövde gå till ett hårdvaruavbrott på Beetle, och RX-plattan (stift 0) var den enda avbrottsstödiga stiftet kvar.

Anslutning av summern

Jag kopplade summerns korta kabel till "-"-terminalen på skalbaggen (marken) och den långa kabeln till stift 11. Summerns signalstift bör anslutas till ett PWM-stift för maximal mångsidighet, vilket stift 11 är.

Byta batteri

Det sista som är nödvändigt är att lägga till en switch inline till batteriet för att slå på och av projektet. För att göra detta löd jag först två ledningar till intilliggande terminaler på strömbrytaren. Jag fixade dessa på plats med varmt lim, eftersom switchens anslutningar är ömtåliga. Jag klippte sedan den röda tråden på batteriet ungefär halvvägs och lödde ledningarna som kom från strömbrytaren till varje ände. Se till att du täcker de exponerade trådarna med värmekrympslang eller varmt lim, eftersom dessa lätt kan komma i kontakt med en av jordledningarna och göra en kortslutning. När du har lagt till strömbrytaren kan du ansluta batteriet till batteriladdaren.

Vik allt in

Det sista steget är att ta den röriga röran av ledningar och komponenter och få det att se något presentabelt ut. Detta är en känslig uppgift, eftersom du vill vara säker på att du inte bryter några ledningar. Jag började med att limma lipoladdaren till toppen av lipolibatteriet. Jag limmade sedan Beetle ovanpå det och slutligen limmade blixtsensorn högst upp. Jag lämnade summern för att sitta vid sidan, som visas på bilden ovan. Slutresultatet är en stapel brädor med trådar som löper genomgående. Jag lät också switchens ledningar gå fritt, eftersom jag senare vill integrera dem i ett 3D-tryckt fodral.

Steg 3: Programmering

Programvaran för denna krets är enkel för tillfället men kan anpassas efter dina behov. När enheten upptäcker blixt, kommer den först att pipa många gånger för att varna dig om att blixtnedslag är i närheten, sedan pipa ett visst antal gånger som motsvarar blixtens avstånd. Om blixten är mindre än 10 kilometer bort, kommer enheten att avge en lång pip. Om det är mer än 10 km från dig, delar enheten avståndet med tio, rundar det och piper så många gånger. Till exempel, om blixtnedslag 26 km bort, piper enheten tre gånger.

Hela programvaran kretsar kring avbrott från blixtsensorn. När en händelse upptäcks skickar blixtsensorn IRQ -stiftet högt, vilket utlöser ett avbrott i mikrokontrollen. Sensorn kan också skicka avbrott för händelser som inte är blixtnedslag, till exempel om ljudnivån är för hög. Om störningen/bruset är för högt måste du flytta enheten från all elektronik. Den elektromagnetiska strålningen som kommer från dessa enheter kan lätt dvärga den jämförelsevis svaga elektromagnetiska strålningen från ett avlägset blixtnedslag.

För att programmera mikrokontrollern kan du använda Arduino IDE - se till att brädvalet är inställt på "Leonardo". Du måste också ladda ner och installera biblioteket för blixtsensorn. Du hittar det här.

Steg 4: 3D-tryckt fodral

Jag modellerade ett fodral för min enhet. Din krets i fri form kommer sannolikt att ha olika dimensioner, men jag försökte göra mitt fodral tillräckligt stort så att många olika mönster fortfarande kan passa in i det. Du kan ladda ner filerna här och sedan skriva ut dem. Överst på höljet snäpper fast på botten, så inga speciella delar krävs för fodralet.

Du kan också prova att göra en modell av din egen enhet och skapa ett fodral för den. Jag beskriver denna process i videon i början av detta projekt, men de grundläggande stegen att följa är som sådana:

1. Fånga måtten på din enhet
2. Modellera din enhet i ett CAD -program (jag gillar Fusion 360 - studenter kan få det gratis)
3. Skapa ett ärende genom att kompensera en profil från enhetsmodellen. En tolerans på 2 mm fungerar i allmänhet bra.

Steg 5: Använda din enhet och mer

Grattis, du borde nu ha en fullt fungerande blixtdetektor! Innan du använder enheten på riktigt rekommenderar jag att du väntar tills det åskar runt dig för att se till att enheten faktiskt kan upptäcka blixtnedslag. Mitt fungerade första försöket, men jag vet inte tillförlitligheten hos den här sensorn.

Det är enkelt att ladda enheten - du kan bara ansluta en mikro -USB -kabel till lipoladdaren tills laddningslampan lyser grönt. Se till att enheten är på medan du laddar den, annars går ingen ström till batteriet! Jag rekommenderar också att du byter pip till något som du gillar mer; Du kan använda Tone.h-biblioteket för att skapa mer trevligt klingande anteckningar.

Låt mig veta i kommentarerna om du har några problem eller frågor. För att se fler av mina projekt, kolla in min webbplats www. AlexWulff.com.