Arduino的閃電探測器

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資料介紹

描述

在本教程中，我們將使用 Arduino Uno、一些電阻器和一些跳線構建一個閃電探測器。對于普通愛好者來說，大多數閃電探測器的成本通常很高，但這并不意味著人們不能享受閃電探測及其背后的物理原理。在本教程中，使用一個非常簡單的電路，我們將能夠檢測到大約 10-20 公里外的閃電，也就是說最不令人印象深刻。目的是構建一個簡單的電路，用 Arduino 檢測閃電并產生有意義的結果。

背景

當雷擊時，大量的能量以不同的形式釋放出來。最明顯的是光和聲音，后者是閃電周圍的直接粒子溫度升高速率的副產品，然后產生聲音。但是，這還不是全部。閃電在 VLF（極低頻）和 LF（低頻）范圍內發射大量電磁輻射，通常范圍為 3kHz 至 300kHz。VLF 和 LF 類似于光波、您的 WiFi 波以及您的微波爐波，但不同的是在較低頻率下工作。例如。WiFi 通常在 2.4GHz 左右運行，即每秒 24 億次振蕩。VLF 和 LF 在較低頻率下運行，使用 Arduino，我們可以捕獲 7kHz 左右的頻率。使用這種輻射進行閃電探測的優點是，在這個頻率附近，通常沒有任何東西會發出閃電中所見的大爆發。作為一種電磁波，它以光速傳播，這意味著傳感器會在閃電發生時檢測到閃電（幾微秒后）。

先決條件

2x10k 歐姆電阻

1x 3.3M 歐姆電阻

4x 跳線

1x Arduino（我正在使用 Uno，但只要它可以在 16Mhz 下運行，任何其他都可以工作）

為簡單起見的面包板

您可能已經知道，Arduino 板上的引腳允許 0v 和 5v 之間的電壓，任何低于 0v 和高于 5v 的電壓都不會被讀取，因此數據會丟失。更重要的是，低于 0v 的電壓可能會損壞引腳。這會給我們帶來一個小問題，因為電線中產生的電壓會在 0v 以下和以上波動。為了解決這個問題，我們將引腳電壓設置在 5v 范圍的中間，即 2.5v，這將通過一個小技巧來實現，即分壓器。在此過程中，我們將引腳設置為穩定的 2.5v，電壓波動的來源為 2.5v，因此不會損壞或丟失數據。

雷電探測器電路圖

電路非常簡單，我們有 2x 10k Ohm 電阻串聯從 5v（紅線）到 GND（黑線），這基本上是分壓器。然后在 2x 10k Ohm 電阻之間連接一個 3.3M Ohm (MegaOhm) 電阻。與 3.3M 歐姆電阻串聯，將導線連接到引腳 A4（藍線），這將在引腳 A4 上為我們提供正好 2.5v 的電壓。然后連接一根長約 6-8 英寸的用作天線（綠線）的電線。這應該僅從一端連接，如上所示。

草圖

這是最難解釋的部分。如上所述，我們需要從閃電中獲取的頻率約為 7kHz，要讀取半體面的波，采樣率必須是 4 倍，每個波長有 4 個讀數。也就是說，每秒 28,000 個樣本。

Arduino 模擬引腳每秒只能為我們提供 9,600 個樣本。使用該采樣率，我們將只能捕獲 2kHz 或更高的波，這遠非好。得益于 ATMEGA 芯片，它可以配置為將 ADC 處理速度提高一定的因子，同時保持良好的分辨率。這稱為預分頻器，可以通過代碼進行配置。有許多預分頻器分頻因子，但我們將使用因子 16，理論上這將為我們提供 77kHz 的采樣率。在實踐中，任何形式的計算都會降低這個采樣率，因此我只能得到 46kHz 左右，這對于這個項目來說仍然非常好。

因此，向前推進，草圖使用 512 字節數組來存儲來自引腳 A4 的電壓閥。它不斷地讀取引腳值并將其寫入數組中的下一個位置。一旦檢測到閃電，整個陣列就會通過串行端口發送。這可以在 Arduino IDE 中的繪圖儀上繪制，也可以發送到另一個 Arduino 或 ESP8266 以在線發布數據。最好首先通過 Arduino IDE 對其進行監控，因此如果有一些故障，可以在此解決。

結果

以下是一些結果。