Ein Blitzdetektor für Arduino

Über dieses Projekt

In diesem Tutorial bauen wir einen Blitzdetektor mit einem Arduino Uno, einigen Widerständen und einigen Überbrückungsdrähten. Die meisten Blitzdetektoren kosten für den normalen Bastler oft zu viel, was jedoch nicht bedeutet, dass man die Blitzerkennung und die Physik dahinter nicht genießen kann. In diesem Tutorial werden wir mit einer überraschend einfachen Schaltung in der Lage sein, Blitze aus einer Entfernung von etwa 10-20 km zu erkennen, was am wenigsten beeindruckend ist. Ziel ist es, eine einfache Schaltung aufzubauen, um mit einem Arduino Blitze zu erkennen und aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen.

Hintergrund

Wenn ein Blitz einschlägt, wird eine riesige Menge Energie in unterschiedlicher Form freigesetzt. Die offensichtlichsten sind Licht und Schall, wobei letzterer ein Nebenprodukt der Temperaturerhöhung der unmittelbaren Partikel ist, die den Blitz umgeben, die dann den Schall verursachen. Aber das ist nicht alles. Blitze emittieren große Mengen elektromagnetischer Strahlung im VLF (Very Low Frequency) und LF (Low Frequency) Bereich, typischerweise im Bereich von 3 kHz bis 300 kHz. VLF und LF ähneln Lichtwellen, Ihren WiFi-Wellen und auch Ihren Mikrowellenwellen, jedoch mit dem Unterschied, dass sie bei niedrigeren Frequenzen arbeiten. z.B. WLAN arbeitet normalerweise mit etwa 2,4 GHz, das sind 2,4 Milliarden Schwingungen pro Sekunde. VLF und LF arbeiten bei niedrigeren Frequenzen, und mit einem Arduino können wir Frequenzen um 7 kHz erfassen. Der Vorteil bei der Verwendung dieser Art von Strahlung für die Blitzerkennung besteht darin, dass normalerweise nichts um diese Frequenz herum große Bursts ausgibt, wie sie bei Blitzen zu sehen sind; Da es sich um eine elektromagnetische Welle handelt, bewegt sie sich mit Lichtgeschwindigkeit, was bedeutet, dass der Sensor Blitze erkennt, sobald sie auftreten (einige Mikrosekunden später). Unser kleiner Arduino hat eine Antenne (eine Art), ein Stück Draht, das Schwankungen im elektromagnetischen Spektrum speziell um 7-9 kHz aufnimmt. Diese Schwankungen induzieren eine kleine Spannung +ve oder -ve im Draht. Wir können diese Schwankungen mit den analogen Pins von Arduino auswählen.

Voraussetzungen

• 2x10k Ohm Widerstand

• 1x 3,3 M Ohm Widerstand

• 4x Überbrückungskabel

• 1x Arduino (ich verwende Uno, aber jeder andere funktioniert, solange er mit 16Mhz betrieben werden kann)

• Steckbrett zur Vereinfachung

Wie Sie vielleicht bereits wissen, ermöglichen die Pins auf der Arduino-Platine Spannungen zwischen 0 V und 5 V, alles unter 0 V und über 5 V wird nicht gelesen, daher gehen Daten verloren. Noch wichtiger ist, dass Spannungen unter 0 V den Pin möglicherweise beschädigen. Dies wird für uns ein kleines Problem darstellen, da die im Draht erzeugten Spannungen unter und über 0 V schwanken. Um dieses Problem zu lösen, setzen wir die Pinspannung in der Mitte des 5V-Bereichs auf 2,5V und dies wird mit einem kleinen Trick, einem Spannungsteiler, bewerkstelligt. Dabei stellen wir den Pin auf konstant 2,5 V ein und die Spannungsschwankungen haben einen Ursprung von 2,5 V, daher keine Beschädigung oder kein Datenverlust.

Die Schaltung ist ziemlich einfach, wir haben 2x 10k Ohm Widerstände in Reihe von 5V (roter Draht) bis GND (schwarzer Draht), dies ist im Grunde der Spannungsteiler. Dann wird ein 3.3M Ohm (MegaOhm) Widerstand zwischen die 2x 10k Ohm Widerstand geschaltet. In Reihe mit dem 3,3 M Ohm Widerstand befestigen Sie einen Draht an Pin A4 (blauer Draht), dies gibt uns genau 2,5 V an Pin A4. Dann befestigen Sie einen Draht, der als Antenne (grüner Draht) von etwa 6-8 Zoll Länge dient. Dies sollte nur von einem Ende wie oben gezeigt angeschlossen werden.

Skizze

Hier kommt der am schwierigsten zu erklärende Teil. Wie oben erwähnt, beträgt die Frequenz, die wir von den Blitzen aufnehmen müssen, etwa 7 kHz und um eine halbwegs anständige Welle zu lesen, muss die Abtastrate 4x so hoch sein, was uns 4 Messwerte pro Wellenlänge ergibt. Das sind 28.000 Samples pro Sekunde.

Die analogen Arduino-Pins können uns nur 9.600 Samples pro Sekunde liefern. Mit dieser Abtastrate können wir nur Wellen mit 2 kHz oder etwas mehr erfassen, was alles andere als gut ist. Dank des ATMEGA-Chips kann er so konfiguriert werden, dass er den ADC-Prozess um einen bestimmten Faktor beschleunigt, während eine gute Auflösung beibehalten wird. Dies wird als Prescaler bezeichnet und kann über Code konfiguriert werden. Es gibt eine Reihe von Prescaler-Teilungsfaktoren, aber wir verwenden den Faktor 16, der uns theoretisch eine Abtastrate von 77 kHz ergibt. In der Praxis wird jede Form der Berechnung diese Abtastrate senken, daher konnte ich nur etwa 46 kHz erreichen, was für dieses Projekt immer noch sehr gut ist.

Im weiteren Verlauf verwendet die Skizze ein 512-Byte-Array, um Spannungsventile von Pin A4 zu speichern. Es liest ständig den Pin-Wert und schreibt ihn an die nächste Stelle im Array. Sobald ein Blitz erkannt wird, wird das gesamte Array über die serielle Schnittstelle gesendet. Dies kann auf dem Graphenplotter in der Arduino IDE gezeichnet oder möglicherweise an einen anderen Arduino oder ESP8266 gesendet werden, um die Daten online zu veröffentlichen. Es ist wahrscheinlich am besten, es zuerst über die Arduino IDE zu überwachen. Wenn es also einige Störungen gibt, können sie sofort behoben werden.

Ergebnisse

Im Folgenden sind einige Ergebnisse aufgeführt.

Holen Sie sich den Quellcode von Github:https://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

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Tags:Arduino Elektromagnetischer EMF-Blitzsensor UNO VLF Wetter

Code

Github