Persoonlijke bliksemdetector: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

In dit project maken we een klein apparaatje dat je waarschuwt voor blikseminslagen in de buurt. De totale kosten van alle materialen in dit project zullen goedkoper zijn dan de aanschaf van een commerciële bliksemdetector, en je zult je vaardigheden op het gebied van het maken van circuits verbeteren!

De sensor die in dit project wordt gebruikt, kan blikseminslagen detecteren tot op 40 km afstand en is ook in staat om de afstand van een inslag te bepalen met een tolerantie van 4 km. Hoewel dit een betrouwbare sensor is, moet u er nooit op vertrouwen om u te waarschuwen voor blikseminslag als u buiten bent. Uw eigen circuithandwerk zal niet zo betrouwbaar zijn als een commerciële bliksemdetector.

Dit project is gebaseerd op het AS3935 bliksemsensor-IC, met een draaggolfcircuit van DFRobot. Het detecteert elektromagnetische straling die kenmerkend is voor bliksem en gebruikt een speciaal algoritme om deze informatie om te zetten in een afstandsmeting.

Benodigdheden

Dit project vereist slechts een paar onderdelen. Informatie wordt naar de gebruiker gestuurd via een piëzo-zoemer en het circuit wordt gevoed via een lithium-ion-polymeerbatterij. Hieronder een compleet overzicht van alle onderdelen:

• DFRobot Bliksemsensor
• DFRobot Kever
• DFRobot LiPoly-oplader
• Piezo-zoemer (slechts één nodig - veel verschillende soorten werken)
• 500 mAh LiPoly (elke 3.7V LiPoly zal werken)
• Schuifschakelaar (elke kleine schakelaar werkt)

Naast deze items heb je de volgende tools/items nodig:

• Soldeerbout
• Soldeer
• Aansluitdraad
• Draadstrippers
• Heet lijmpistool

Ik beschrijf ook het proces van het maken van een 3D-geprinte behuizing voor dit project. Als je geen 3D-printer hebt, is het nog steeds prima om het apparaat zonder hoesje te bedienen.

Stap 1: Het circuit

Omdat er een relatief klein aantal onderdelen in deze build zit, is het circuit niet bijzonder ingewikkeld. De enige datalijnen zijn de SCL- en SDA-lijnen voor de bliksemsensor en één aansluiting voor de zoemer. Het apparaat wordt aangedreven door een lithium-ion-polymeerbatterij, dus heb ik besloten om ook een lipoly-oplader in het circuit te integreren.

De bovenstaande afbeelding toont het hele circuit. Merk op dat de verbinding tussen de lipoly-batterij en de lipoly-batterijlader via de JST mannelijke/vrouwelijke connectoren verloopt en niet hoeft te worden gesoldeerd. Zie de video aan het begin van dit project voor meer informatie over het circuit.

Stap 2: Circuitmontage

Dit apparaat is een geweldige kandidaat voor een circuitassemblagetechniek die bekend staat als vrijvormen. In plaats van de onderdelen in dit project op een ondergrond zoals een perforatiebord te bevestigen, zullen we in plaats daarvan alles gewoon met draden verbinden. Dit maakt het project veel kleiner en het is iets sneller te monteren, maar levert over het algemeen minder esthetische resultaten op. Ik bedek mijn vrijgevormde circuits graag met een 3D-geprinte behuizing aan het einde. De video aan het begin van dit project beschrijft het proces van vrije vorming, maar ik zal ook alle stappen bespreken die ik tekstueel heb genomen.

Eerste stappen

Het eerste wat ik deed, was de groene aansluitblokken van de lipoly-oplader lossolderen. Deze zijn niet nodig en nemen ruimte in beslag. Vervolgens heb ik de "+" en "-" aansluitingen van de lipoly lader aangesloten op de "+" en "-" aansluitingen aan de voorkant van de Kever. Dit voedt de onbewerkte spanning van de lipoly-batterij rechtstreeks in de microcontroller. De Kever heeft technisch 5V nodig, maar hij zal nog steeds werken op de ongeveer 4V van de lipoly.

Bedrading van de bliksemsensor

Ik sneed toen de meegeleverde 4-pins kabel zo door dat er ongeveer vijf centimeter draad over was. Ik heb de uiteinden gestript, de kabel in de bliksemsensor gestoken en de volgende verbindingen gemaakt:

• "+" op de bliksemsensor naar "+" op de Kever
• "-" op de bliksemsensor naar "-" op de Kever
• "C" op de bliksemsensor naar het "SCL"-pad op de Kever
• "D" op de bliksemsensor naar het "SDA"-pad op de Kever

Ik heb ook de IRQ-pin op de bliksemsensor aangesloten op de RX-pad op de Beetle. Deze verbinding moest naar een hardware-interrupt op de Beetle gaan en de RX-pad (pin 0) was de enige overgebleven pin met interrupt.

Bedrading van de zoemer

Ik heb de korte kabel van de zoemer aangesloten op de "-"-aansluiting op de Kever (aarde), en de lange kabel op pin 11. De signaalpin van de zoemer moet worden aangesloten op een PWM-pin voor maximale veelzijdigheid, wat pin 11 is.

De batterij verwisselen

Het laatste wat nodig is, is om een schakelaar inline aan de batterij toe te voegen om het project aan en uit te zetten. Om dit te doen, heb ik eerst twee draden gesoldeerd aan aangrenzende klemmen op de schakelaar. Ik heb deze op hun plaats gefixeerd met hete lijm, omdat de verbindingen van de schakelaar kwetsbaar zijn. Ik knipte toen de rode draad op de batterij ongeveer halverwege door en soldeerde de draden die van de schakelaar kwamen aan elk uiteinde. Zorg ervoor dat u de blootliggende delen van de draad bedekt met krimpkous of hete lijm, omdat deze gemakkelijk in contact kunnen komen met een van de aardingsdraden en kortsluiting kunnen veroorzaken. Na het toevoegen van de schakelaar kunt u de batterij in de batterijlader steken.

Alles opvouwen

De laatste stap is om de slungelige warboel van draden en componenten te nemen en het er enigszins presentabel uit te laten zien. Dit is een delicate taak, omdat je er zeker van wilt zijn dat je geen draden breekt. Ik begon eerst met het heet lijmen van de lipoly-oplader aan de bovenkant van de lipoly-batterij. Daarop heb ik vervolgens de Kever gelijmd en tot slot de bliksemsensor helemaal bovenaan gelijmd. Ik liet de zoemer aan de kant zitten, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Het eindresultaat is een stapel planken met overal draden. Ik liet ook de kabels van de schakelaar vrij lopen, omdat ik die later in een 3D-geprinte behuizing wil integreren.

Stap 3: Programmeren

De software voor dit circuit is op dit moment eenvoudig, maar kan sterk worden aangepast aan uw behoeften. Wanneer het apparaat bliksem detecteert, piept het eerst vele malen om u te waarschuwen dat er bliksem in de buurt is, en piept vervolgens een bepaald aantal keren dat overeenkomt met de afstand van de bliksem. Als de bliksem zich op minder dan 10 kilometer afstand bevindt, laat het apparaat één lange pieptoon horen. Als het meer dan 10 km van je verwijderd is, deelt het apparaat de afstand door tien, rond het af en piept het zo vaak. Als de bliksem bijvoorbeeld op 26 km afstand inslaat, piept het apparaat drie keer.

De hele software draait om interrupts van de bliksemsensor. Wanneer een gebeurtenis wordt gedetecteerd, stuurt de bliksemsensor de IRQ-pin hoog, wat een onderbreking in de microcontroller veroorzaakt. De sensor kan ook onderbrekingen sturen voor niet-bliksemgebeurtenissen, bijvoorbeeld als het geluidsniveau te hoog is. Als de interferentie/ruis te hoog is, moet u het apparaat uit de buurt van elektronica plaatsen. De elektromagnetische straling die van deze apparaten komt, kan de relatief zwakke elektromagnetische straling van een verre blikseminslag gemakkelijk in de schaduw stellen.

Om de microcontroller te programmeren, kunt u de Arduino IDE gebruiken - zorg ervoor dat de bordselectie is ingesteld op "Leonardo". U moet ook de bibliotheek voor de bliksemsensor downloaden en installeren. Deze vind je hier.

Stap 4: 3D-geprint hoesje

Ik heb een hoesje gemaakt voor mijn apparaat. Je circuit met vrije vorm zal waarschijnlijk verschillende afmetingen hebben, maar ik heb geprobeerd mijn behuizing groot genoeg te maken zodat er nog steeds veel verschillende ontwerpen in passen. U kunt de bestanden hier downloaden en vervolgens uitprinten. De bovenkant van de koffer klikt vast aan de onderkant, er zijn dus geen speciale onderdelen voor de koffer nodig.

Je kunt ook proberen een model van je eigen apparaat te maken en er een hoesje voor te maken. Ik beschrijf dit proces in de video aan het begin van dit project, maar de te volgen basisstappen zijn als volgt:

1. Leg de afmetingen van uw apparaat vast
2. Modelleer uw apparaat in een CAD-programma (ik hou van Fusion 360 - studenten kunnen het gratis krijgen)
3. Maak een case door een profiel te verrekenen met het apparaatmodel. Een tolerantie van 2 mm werkt over het algemeen goed.

Stap 5: Uw apparaat gebruiken en meer

Gefeliciteerd, u zou nu een volledig functionerende bliksemdetector moeten hebben! Voordat je het apparaat echt gebruikt, raad ik aan te wachten tot er onweer om je heen is om er zeker van te zijn dat het apparaat daadwerkelijk in staat is om bliksem te detecteren. De mijne werkte de eerste poging, maar ik ken de betrouwbaarheid van deze sensor niet.

Het opladen van het apparaat is eenvoudig - u kunt gewoon een micro-USB-kabel in de lipoly-oplader steken totdat het oplaadlampje groen wordt. Zorg ervoor dat het apparaat is ingeschakeld terwijl u het oplaadt, anders gaat er geen stroom naar de batterij! Ik raad ook aan om de pieptonen te veranderen in iets dat je leuker vindt; u kunt de Tone.h-bibliotheek gebruiken om prettiger klinkende noten te genereren.

Laat het me weten in de comments als je problemen of vragen hebt. Om meer van mijn projecten te zien, kijk op mijn website www. AlexWulff.com.