Персональный детектор молний: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом проекте мы создадим небольшое устройство, которое предупреждает вас о ближайших ударах молнии. Общая стоимость всех материалов в этом проекте будет дешевле, чем покупка коммерческого детектора молнии, и вы сможете отточить свои навыки создания схем в процессе!

Датчик, используемый в этом проекте, может обнаруживать удары молнии на расстоянии до 40 км, а также способен определять расстояние удара с точностью до 4 км. Хотя это надежный датчик, вы никогда не должны полагаться на него, чтобы предупредить вас о ударах молнии, если вы находитесь на улице. Ваша собственная схемотехническая работа не будет такой надежной, как коммерческий детектор молний.

Этот проект основан на ИС датчика молнии AS3935 с несущей схемой от DFRobot. Он обнаруживает электромагнитное излучение, характерное для молний, и использует специальный алгоритм для преобразования этой информации в измерение расстояния.

Запасы

Для этого проекта требуется всего несколько частей. Информация передается пользователю через пьезозуммер, а питание схемы осуществляется от литий-ионно-полимерной батареи. Ниже приведен полный список всех деталей:

• Датчик молнии DFRobot
• DFРобот Жук
• Зарядное устройство DFRobot LiPoly
• Пьезо-зуммер (нужен только один - работает много разных типов)
• 500 мАч LiPoly (подойдет любой 3,7V LiPoly)
• Ползунковый переключатель (подойдет любой маленький переключатель)

В дополнение к этим предметам вам понадобятся следующие инструменты / предметы:

• Паяльник
• Припой
• Монтажный провод
• Инструмент для зачистки проводов
• Пистолет для горячего клея

Я также подробно описываю процесс создания 3D-печатного корпуса для этого проекта. Если у вас нет 3D-принтера, можно работать с устройством без чехла.

Шаг 1: Схема

Поскольку в этой сборке относительно небольшое количество деталей, схема не является особенно сложной. Единственными линиями данных являются линии SCL и SDA для датчика молнии и одно соединение для зуммера. Устройство питается от литий-ионно-полимерного аккумулятора, поэтому я решил также интегрировать в схему зарядное устройство Lipoly.

На изображении выше изображена вся схема. Обратите внимание, что соединение между липолиевой батареей и зарядным устройством липолиевой батареи осуществляется через штекерные / гнездовые разъемы JST и не требует пайки. Смотрите видео в начале этого проекта для получения более подробной информации о схеме.

Шаг 2: Сборка схемы

Это устройство является отличным кандидатом для технологии сборки схем, известной как произвольное формование. Вместо того, чтобы прикреплять детали в этом проекте к подложке, такой как перфокарта, мы просто соединим все проводами. Это делает проект намного меньше, и его несколько быстрее собирать, но обычно дает менее эстетичный результат. Я люблю закрывать свои схемы произвольной формы напечатанным на 3D-принтере корпусом в конце. Видео в начале этого проекта подробно описывает процесс свободного формирования, но я также опишу все шаги, которые я предпринял, в текстовом виде.

Первые шаги

Первым делом отпаял зеленые клеммники от липолого зарядного устройства. Они не нужны и занимают место. Затем я подключил клеммы «+» и «-» зарядного устройства Lipoly к клеммам «+» и «-» на передней панели Beetle. Это подает исходное напряжение липолиевой батареи прямо в микроконтроллер. Beetle технически нуждается в 5 В, но он все равно будет работать примерно от 4 В от липолита.

Подключение датчика молнии

Затем я отрезал прилагаемый 4-контактный кабель так, чтобы осталось примерно два дюйма провода. Я зачистил концы, воткнул кабель в датчик молнии и сделал следующие подключения:

• «+» на датчике молнии до «+» на Beetle
• «-» на датчике молнии на «-» на Beetle
• «C» на датчике молнии к контактной площадке «SCL» на Beetle
• "D" на датчике молнии к контактной площадке "SDA" на Beetle

Я также подключил контакт IRQ датчика молнии к панели RX на Beetle. Это соединение должно было перейти к аппаратному прерыванию на Beetle, и контактная площадка RX (контакт 0) была единственным оставшимся контактом с возможностью прерывания.

Подключение зуммера

Я подключил короткий вывод зуммера к выводу «-» на Beetle (земля), а длинный вывод - к выводу 11. Сигнальный вывод зуммера должен быть подключен к выводу ШИМ для максимальной универсальности, каковым является вывод 11.

Переключение батареи

Последнее, что необходимо, - это добавить встроенный переключатель к батарее, чтобы включать и выключать проект. Для этого я сначала припаял два провода к соседним клеммам переключателя. Я зафиксировал их горячим клеем, так как соединения переключателя хрупкие. Затем я перерезал красный провод на батарее примерно наполовину и припаял провода, идущие от переключателя, к каждому концу. Убедитесь, что вы покрыли оголенные участки провода термоусадочной трубкой или горячим клеем, так как они могут легко соприкоснуться с одним из заземляющих проводов и вызвать короткое замыкание. После добавления переключателя вы можете подключить аккумулятор к зарядному устройству.

Складывание всего

Последний шаг - избавиться от беспорядочного беспорядка проводов и компонентов и сделать его несколько презентабельным. Это деликатная задача, так как вам нужно быть уверенным, что вы не сломаете провода. Сначала я начал с горячего приклеивания липолибденового зарядного устройства к верхней части липолиевой батареи. Затем я приклеил Beetle поверх этого и, наконец, приклеил датчик молнии в самом верху. Я оставил зуммер в стороне, как показано на изображении выше. Конечный результат - стопка плат с проложенными по всей длине проводами. Я также оставил выводы переключателя свободно работать, так как позже я хочу интегрировать их в корпус, напечатанный на 3D-принтере.

Шаг 3: программирование

Программное обеспечение для этой схемы на данный момент простое, но в значительной степени настраивается в соответствии с вашими потребностями. Когда устройство обнаруживает молнию, оно сначала издаст много звуковых сигналов, чтобы предупредить вас, что молния находится поблизости, а затем подаст звуковой сигнал определенное количество раз, соответствующее расстоянию до молнии. Если молния находится на расстоянии менее 10 километров, устройство издаст один длинный звуковой сигнал. Если он находится на расстоянии более 10 км от вас, устройство разделит расстояние на десять, округлит его и подаст звуковой сигнал столько раз. Например, если молния ударит на расстоянии 26 км, устройство издаст три звуковых сигнала.

Все программное обеспечение вращается вокруг прерываний от датчика молнии. При обнаружении события датчик молнии отправит на вывод IRQ высокий уровень, что вызовет прерывание в микроконтроллере. Датчик также может отправлять прерывания для событий, не связанных с молнией, например, если уровень шума слишком высок. Если помехи / шум слишком высоки, вам необходимо отодвинуть устройство подальше от любой электроники. Электромагнитное излучение, исходящее от этих устройств, может легко затмить сравнительно слабое электромагнитное излучение от удаленного удара молнии.

Чтобы запрограммировать микроконтроллер, вы можете использовать Arduino IDE - убедитесь, что выбрана плата «Леонардо». Вам также потребуется скачать и установить библиотеку для датчика молнии. Вы можете найти это здесь.

Шаг 4: чехол с 3D-печатью

Смоделировал чехол для своего устройства. Ваша схема произвольной формы, скорее всего, будет иметь другие размеры, но я попытался сделать свой корпус достаточно большим, чтобы в нем можно было разместить множество различных конструкций. Вы можете скачать файлы здесь, а затем распечатать их. Верх кейса защелкивается на дне, поэтому для кейса не требуется никаких специальных деталей.

Вы также можете попробовать изготовить модель своего устройства и создать для него футляр. Я подробно описываю этот процесс в видео в начале этого проекта, но основные шаги, которые нужно выполнить, таковы:

1. Запишите размеры вашего устройства
2. Смоделируйте свое устройство в программе САПР (мне нравится Fusion 360 - студенты могут получить его бесплатно)
3. Создайте случай, смещая профиль от модели устройства. Допуск в 2 мм обычно подходит.

Шаг 5. Использование устройства и др

Поздравляем, теперь у вас должен быть полноценный детектор молний! Прежде чем использовать устройство по-настоящему, я рекомендую дождаться грозы, чтобы убедиться, что устройство действительно способно обнаруживать молнии. Моя сработала с первой попытки, но я не знаю, насколько надежен этот датчик.

Зарядить устройство просто - достаточно подключить кабель micro-USB к зарядному устройству Lipoly, пока индикатор зарядки не загорится зеленым. Убедитесь, что устройство включено, пока вы его заряжаете, иначе на аккумулятор не пойдет питание! Я также рекомендую изменить звуковые сигналы на что-то, что вам больше нравится; вы можете использовать библиотеку Tone.h для создания более приятных звуков.

Дайте мне знать в комментариях, если у вас возникнут проблемы или вопросы. Чтобы увидеть больше моих проектов, посетите мой сайт www. AlexWulff.com.