Osobisty wykrywacz wyładowań atmosferycznych: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

W tym projekcie stworzymy małe urządzenie, które ostrzega o pobliskich uderzeniach piorunów. Całkowity koszt wszystkich materiałów w tym projekcie będzie tańszy niż zakup komercyjnego detektora wyładowań atmosferycznych, a będziesz mógł doskonalić swoje umiejętności tworzenia obwodów!

Czujnik użyty w tym projekcie może wykryć uderzenia pioruna z odległości do 40 km, a także może określić odległość uderzenia z tolerancją 4 km. Chociaż jest to niezawodny czujnik, nigdy nie powinieneś polegać na nim, aby ostrzegał Cię o uderzeniach piorunów, jeśli jesteś na zewnątrz. Twoje własne dzieło obwodów nie będzie tak niezawodne jak komercyjny wykrywacz wyładowań atmosferycznych.

Ten projekt jest oparty na układzie scalonym czujnika wyładowań AS3935 z obwodem nośnym firmy DFRobot. Wykrywa promieniowanie elektromagnetyczne charakterystyczne dla wyładowań atmosferycznych i wykorzystuje specjalny algorytm do konwersji tych informacji na pomiar odległości.

Kieszonkowe dzieci

Ten projekt wymaga tylko kilku części. Informacje są przesyłane do użytkownika za pomocą brzęczyka piezoelektrycznego, a obwód jest zasilany przez polimerową baterię litowo-jonową. Poniżej znajduje się pełna lista wszystkich części:

• Czujnik wyładowań atmosferycznych DFRobot
• DFRobot Beetle
• Ładowarka LiPo DFRobot
• Piezo Buzzer (potrzebny tylko jeden - działa wiele różnych typów)
• 500 mAh LiPoly (działa dowolny LiPo 3,7 V)
• Przełącznik suwakowy (działa każdy mały przełącznik)

Oprócz tych przedmiotów będziesz potrzebować następujących narzędzi/przedmiotów:

• Lutownica
• Lutować
• Podłączyć przewód
• Narzędzia do ściągania izolacji
• Pistolet na gorący klej

Szczegółowo opisuję również proces tworzenia obudowy drukowanej w 3D dla tego projektu. Jeśli nie masz drukarki 3D, obsługa urządzenia bez etui jest nadal w porządku.

Krok 1: Obwód

Ponieważ w tej konstrukcji jest stosunkowo mało części, obwód nie jest szczególnie skomplikowany. Jedyne linie danych to linie SCL i SDA dla czujnika wyładowań atmosferycznych oraz jedno połączenie dla brzęczyka. Urządzenie zasilane jest polimerowym akumulatorem litowo-jonowym, więc postanowiłem zintegrować z obwodem również ładowarkę Li-Pol.

Powyższy obrazek przedstawia cały obwód. Należy pamiętać, że połączenie między akumulatorem Li-Pol a ładowarką akumulatora Li-Pol odbywa się za pośrednictwem złączy męskich/żeńskich JST i nie wymaga lutowania. Zobacz wideo na początku tego projektu, aby uzyskać więcej informacji na temat obwodu.

Krok 2: Montaż obwodu

To urządzenie jest doskonałym kandydatem do techniki montażu obwodów znanej jako free-forming. Zamiast przymocować części w tym projekcie do podłoża, takiego jak płyta perforowana, zamiast tego połączymy wszystko przewodami. To sprawia, że projekt jest znacznie mniejszy i jest nieco szybszy w montażu, ale generalnie daje mniej estetyczne rezultaty. Lubię zakrywać moje swobodnie formowane obwody drukowaną w 3D obudową na końcu. Film na początku tego projektu szczegółowo opisuje proces swobodnego formowania, ale opiszę również wszystkie kroki, które wykonałem w tekście.

Pierwsze kroki

Pierwszą rzeczą, jaką zrobiłem, było odlutowanie zielonych listew zaciskowych od ładowarki Li-Pol. Nie są potrzebne i zajmują miejsce. Następnie podłączyłem zaciski „+” i „-” ładowarki lipoliowej do zacisków „+” i „-” z przodu Garbusa. To dostarcza surowe napięcie baterii Li-Pol bezpośrednio do mikrokontrolera. Garbus technicznie potrzebuje 5V, ale nadal będzie działał na około 4V z lipoli.

Okablowanie czujnika wyładowań atmosferycznych

Następnie przeciąłem dołączony 4-pinowy kabel tak, aby pozostały około dwóch cali drutu. Zdarłem końcówki, wpiąłem kabel do czujnika wyładowań atmosferycznych i wykonałem następujące połączenia:

• „+” na czujniku wyładowań atmosferycznych na „+” na Garbusie
• „-” na czujniku wyładowań atmosferycznych na „-” na Beetle
• „C” na czujniku wyładowań atmosferycznych do podkładki „SCL” na Beetle
• „D” na czujniku wyładowań atmosferycznych do podkładki „SDA” na Garbusie

Podłączyłem również pin IRQ na czujniku wyładowań atmosferycznych do padu RX na Beetle. To połączenie musiało przejść do przerwania sprzętowego w Beetle, a pad RX (pin 0) był jedynym pozostałym pinem obsługującym przerwania.

Okablowanie brzęczyka

Krótki przewód brzęczyka podłączyłem do zacisku "-" na Beetle (masa), a długi do pinu 11. Pin sygnałowy brzęczyka powinien być podłączony do pinu PWM dla maksymalnej wszechstronności, którym jest pin 11.

Przełączanie baterii

Ostatnią niezbędną rzeczą jest dodanie przełącznika wbudowanego w baterię, aby włączać i wyłączać projekt. Aby to zrobić, najpierw przylutowałem dwa przewody do sąsiednich zacisków na przełączniku. Naprawiłem je za pomocą gorącego kleju, ponieważ połączenia przełącznika są kruche. Następnie przeciąłem czerwony przewód na akumulatorze mniej więcej do połowy i przylutowałem przewody wychodzące z przełącznika na każdym końcu. Upewnij się, że zakryłeś odsłonięte odcinki drutu rurką termokurczliwą lub gorącym klejem, ponieważ mogą one łatwo wejść w kontakt z jednym z przewodów uziemiających i spowodować zwarcie. Po dodaniu przełącznika możesz podłączyć baterię do ładowarki.

Składanie wszystkiego do środka

Ostatnim krokiem jest pozbycie się chwiejnego bałaganu przewodów i komponentów i sprawienie, by wyglądało to trochę reprezentacyjnie. To delikatne zadanie, ponieważ chcesz mieć pewność, że nie zerwiesz żadnych przewodów. Zacząłem od przyklejenia na gorąco ładowarki Li-Pol do górnej części akumulatora Li-Pol. Następnie przykleiłem do tego Garbusa, a na końcu przykleiłem czujnik wyładowań atmosferycznych na samej górze. Zostawiłem brzęczyk, aby usiadł z boku, jak pokazano na powyższym obrazku. Ostatecznym rezultatem jest stos desek z biegnącymi drutami. Zostawiłem też wyprowadzenia przełącznika, aby działały swobodnie, ponieważ później chcę je zintegrować z obudową wydrukowaną w 3D.

Krok 3: Programowanie

Oprogramowanie dla tego obwodu jest w tej chwili proste, ale można je w dużym stopniu dostosować do własnych potrzeb. Gdy urządzenie wykryje piorun, najpierw wyda wiele sygnałów dźwiękowych, aby ostrzec, że piorun jest w pobliżu, a następnie wyda sygnał dźwiękowy określoną liczbę razy odpowiadającą odległości błyskawicy. Jeśli błyskawica znajduje się w odległości mniejszej niż 10 kilometrów, urządzenie wyemituje jeden długi sygnał dźwiękowy. Jeśli jest dalej niż 10 km od ciebie, urządzenie podzieli odległość przez dziesięć, zaokrągli ją i zasygnalizuje tyle razy. Na przykład, jeśli w odległości 26 km uderzy piorun, urządzenie wyda trzykrotny sygnał dźwiękowy.

Całe oprogramowanie kręci się wokół przerwań z czujnika wyładowań atmosferycznych. Po wykryciu zdarzenia, czujnik wyładowań atmosferycznych wyśle pin IRQ w stan wysoki, co wyzwala przerwanie w mikrokontrolerze. Czujnik może również wysyłać przerwania w przypadku zdarzeń niezwiązanych z wyładowaniami atmosferycznymi, na przykład w przypadku zbyt wysokiego poziomu hałasu. Jeśli zakłócenia/hałas są zbyt wysokie, musisz odsunąć urządzenie od elektroniki. Promieniowanie elektromagnetyczne pochodzące z tych urządzeń może z łatwością przyćmić stosunkowo słabe promieniowanie elektromagnetyczne pochodzące z odległego uderzenia pioruna.

Do zaprogramowania mikrokontrolera można wykorzystać środowisko Arduino IDE - upewnij się, że wybór płytki jest ustawiony na „Leonardo”. Będziesz także musiał pobrać i zainstalować bibliotekę czujnika wyładowań atmosferycznych. Możesz to znaleźć tutaj.

Krok 4: Sprawa z nadrukiem 3D

Wymodelowałem obudowę do mojego urządzenia. Twój obwód o swobodnym kształcie prawdopodobnie będzie miał różne wymiary, ale starałem się, aby moja obudowa była wystarczająco duża, aby wiele różnych projektów nadal mogło się w niej zmieścić. Możesz pobrać pliki tutaj, a następnie je wydrukować. Górna część etui zatrzaskuje się na spodzie, dzięki czemu nie są wymagane żadne specjalne części.

Możesz także spróbować zrobić model własnego urządzenia i stworzyć dla niego etui. Opisuję ten proces w filmie na początku tego projektu, ale podstawowe kroki, które należy wykonać, są takie:

1. Uchwyć wymiary swojego urządzenia
2. Modeluj swoje urządzenie w programie CAD (podoba mi się Fusion 360 - studenci mogą dostać za darmo)
3. Utwórz sprawę, odsuwając profil od modelu urządzenia. Na ogół dobrze sprawdza się tolerancja 2 mm.

Krok 5: Korzystanie z urządzenia i nie tylko

Gratulacje, powinieneś mieć teraz w pełni działający wykrywacz wyładowań atmosferycznych! Zanim zaczniesz używać urządzenia na poważnie, radzę poczekać, aż wokół ciebie pojawi się burza z piorunami, aby upewnić się, że urządzenie rzeczywiście jest w stanie wykryć piorun. Mój zadziałał za pierwszym razem, ale nie znam niezawodności tego czujnika.

Ładowanie urządzenia jest proste – wystarczy podłączyć kabel micro-USB do ładowarki Li-Pol, aż lampka ładowania zaświeci się na zielono. Upewnij się, że urządzenie jest włączone podczas ładowania, w przeciwnym razie akumulator nie będzie zasilany! Polecam również zmianę sygnałów dźwiękowych na coś, co bardziej Ci się podoba; możesz użyć biblioteki Tone.h, aby wygenerować przyjemniej brzmiące notatki.

Daj znać w komentarzach, jeśli masz jakieś problemy lub pytania. Aby zobaczyć więcej moich projektów, odwiedź moją stronę www. AlexWulff.com.