Een bliksemdetector voor Arduino

Over dit project

In deze tutorial zullen we een bliksemdetector bouwen met behulp van een Arduino Uno, een paar weerstanden en enkele jumperdraden. De meeste bliksemdetectoren kosten vaak te veel voor de normale hobbyist, maar dit betekent niet dat men niet kan genieten van bliksemdetectie en de fysica erachter. In deze tutorial zullen we met behulp van een verrassend eenvoudig circuit bliksemschichten kunnen detecteren van ongeveer 10-20 km afstand, wat op zijn minst indrukwekkend is. Het doel is om een ​​eenvoudig circuit te bouwen om bliksemschichten met een Arduino te detecteren en zinvolle resultaten te produceren.

Achtergrond

Bij een blikseminslag komt er enorm veel energie vrij in verschillende vormen. De meest voor de hand liggende zijn licht en geluid, waarbij het laatste een bijproduct is van de snelheid van temperatuurstijging van de directe deeltjes rond de bliksemschicht, die vervolgens het geluid veroorzaken. Maar dat is niet alles. Bliksemschichten zenden grote hoeveelheden elektromagnetische straling uit in het VLF (Very Low Frequency) en LF (Low Frequency) bereik, doorgaans variërend van 3 kHz tot 300 kHz. VLF en LF zijn vergelijkbaar met lichtgolven, uw WiFi-golven en ook uw magnetrongolven, maar met het verschil dat ze op lagere frequenties werken. bijv. WiFi werkt normaal gesproken op ongeveer 2,4 GHz, dat is 2,4 miljard oscillaties per seconde. VLF en LF werken op lagere frequenties en met een Arduino kunnen we frequenties rond de 7 kHz vastleggen. De voordelen bij het gebruik van dit soort straling voor bliksemdetectie is dat normaal gesproken niets grote uitbarstingen geeft zoals gezien in bliksemschichten, rond deze frequentie; en omdat het een elektromagnetische golf is, reist het met de snelheid van het licht, wat betekent dat de sensor bliksemschichten zal detecteren zodra ze zich voordoen (een paar microseconden daarna). Onze kleine Arduino zal een antenne hebben (een soort van), een stuk draad dat fluctuaties in het elektromagnetische spectrum specifiek rond de 7-9 kHz oppikt. Deze fluctuaties veroorzaken een kleine spanning +ve of -ve in de draad. We kunnen deze fluctuaties kiezen met behulp van Arduino's analoge pinnen.

Vereisten

• 2x10k Ohm Weerstand

• 1x 3.3M Ohm Weerstand

• 4x jumperdraden

• 1x Arduino (ik gebruik Uno, maar elke andere zal werken zolang deze op 16 Mhz kan werken)

• Broodplankje voor eenvoud

Zoals je misschien al weet, zorgen de pinnen op het Arduino-bord voor spanningen tussen 0v en 5v, alles onder 0v en boven 5v wordt niet gelezen, waardoor gegevens verloren gaan. Wat nog belangrijker is, spanningen onder 0v zullen de pin mogelijk beschadigen. Dit zal voor ons een klein probleem opleveren omdat de spanningen die in de draad worden geproduceerd, onder en boven 0v schommelen. Om dit probleem op te lossen, stellen we de pinspanning in het midden van het 5v-bereik, op 2,5v en dit zal worden bereikt met een klein trucje, een spanningsdeler. Daarbij zullen we de pin instellen op een constante 2,5 V en de spanningsschommelingen zullen een oorsprong hebben van 2,5 V, dus geen schade of verlies van gegevens.

Het circuit is vrij eenvoudig, we hebben 2x 10k Ohm weerstanden in serie van 5v (rode draad) naar GND (zwarte draad), dit is eigenlijk de spanningsdeler. Vervolgens wordt tussen de 2x 10k Ohm weerstand een weerstand van 3,3M Ohm (MegaOhm) aangesloten. Bevestig in serie met de weerstand van 3,3 M Ohm een ​​draad aan pin A4 (blauwe draad), dit geeft ons precies 2,5 V op pin A4. Bevestig vervolgens een draad die zal fungeren als een antenne (groene draad) van ongeveer 6-8 inch lang. Dit mag slechts vanaf één uiteinde worden aangesloten, zoals hierboven weergegeven.

Schets

Hier komt het moeilijkste om uit te leggen. Zoals hierboven vermeld, is de frequentie die we moeten oppikken van de bliksems rond de 7 kHz en om een ​​semi-fatsoenlijke golf te lezen, moet de samplefrequentie 4x zo hoog zijn, wat ons 4 metingen per golflengte geeft. Dat zijn 28.000 samples per seconde.

De analoge pinnen van Arduino kunnen ons slechts 9.600 samples per seconde geven. Met die samplefrequentie kunnen we alleen golven van 2 kHz of iets meer vastleggen, wat verre van goed is. Dankzij de ATMEGA-chip kan deze worden geconfigureerd om het ADC-proces met een bepaalde factor te versnellen, met behoud van een goede resolutie. Dit wordt de prescaler genoemd en kan via code worden geconfigureerd. Er zijn een aantal prescaler-delingsfactoren, maar we zullen factor 16 gebruiken, wat ons in theorie een bemonsteringsfrequentie van 77kHz zal geven. In de praktijk zal elke vorm van berekening deze bemonsteringsfrequentie verlagen, dus ik kon maar rond de 46 kHz komen, wat nog steeds erg goed is voor dit project.

Dus vooruit, de schets gebruikt een array van 512 bytes om spanningskleppen van pin A4 op te slaan. Het leest constant de pin-waarde en schrijft deze naar de volgende locatie in de array. Zodra er bliksem wordt gedetecteerd, wordt de hele array over de seriële poort gestuurd. Dit kan worden uitgezet op de grafiekplotter in Arduino IDE of misschien naar een andere Arduino of ESP8266 worden gestuurd om de gegevens online te publiceren. Het is waarschijnlijk het beste om het eerst via de Arduino IDE te controleren, dus als er wat problemen zijn, kunnen ze daar en dan worden aangepakt.

Resultaten

Hier volgen enkele resultaten.

Pak de broncode van Github:https://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

Aarzel niet om hieronder een opmerking te plaatsen als u verdere verduidelijkingen nodig heeft.

Tags:Arduino Elektromagenetische EMF Bliksemsensor UNO VLF Weer