Osobný detektor blesku: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

V tomto projekte vytvoríme malé zariadenie, ktoré vás upozorní na blesky v okolí. Celkové náklady na všetok materiál v tomto projekte budú lacnejšie ako nákup komerčného detektora bleskov a zároveň si zdokonalíte svoje schopnosti pri vytváraní obvodov!

Senzor použitý v tomto projekte dokáže detekovať údery blesku až do vzdialenosti 40 km a je tiež schopný určiť vzdialenosť zásahu s toleranciou 4 km. Aj keď je to spoľahlivý senzor, nikdy by ste sa naň nemali spoliehať a varovať vás pred úderom blesku, ak ste vonku. Vaša vlastná obvodová práca nebude taká spoľahlivá ako komerčný detektor bleskov.

Tento projekt je založený na IC bleskového senzora AS3935 s nosným obvodom od DFRobot. Detekuje elektromagnetické žiarenie, ktoré je charakteristické pre blesky, a pomocou špeciálneho algoritmu prevádza tieto informácie na meranie vzdialenosti.

Zásoby

Tento projekt vyžaduje iba niekoľko častí. Informácie sú odoslané používateľovi prostredníctvom piezoelektrického bzučiaka a obvod je napájaný lítium -iónovou polymérovou batériou. Nasleduje kompletný zoznam všetkých častí:

• Senzor blesku DFRobot
• Chrobák DFRobot
• Nabíjačka DFRobot LiPoly
• Piezo bzučiak (stačí jeden - funguje mnoho rôznych typov)
• 500 mAh LiPoly (akýkoľvek 3,7 V LiPoly bude fungovať)
• Posuvný prepínač (akýkoľvek malý prepínač bude fungovať)

Okrem týchto položiek budete potrebovať aj nasledujúce nástroje/položky:

• Spájkovačka
• Spájka
• Pripojovací drôt
• Odizolovače drôtov
• Horúca lepiaca pištoľ

Podrobne popisujem aj proces vytvárania puzdra s 3D tlačou pre tento projekt. Ak nemáte 3D tlačiareň, prevádzka zariadenia bez puzdra je stále v poriadku.

Krok 1: Okruh

Pretože v tejto zostave je relatívne malý počet dielov, obvod nie je nijako zvlášť zložitý. Jedinými dátovými linkami sú vedenia SCL a SDA pre snímač blesku a jedno pripojenie pre bzučiak. Zariadenie je napájané lítium -iónovou polymérovou batériou, preto som sa rozhodol integrovať do obvodu aj lipoly nabíjačku.

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje celý obvod. Všimnite si toho, že spojenie medzi lipoly batériou a lipoly nabíjačkou je prostredníctvom konektorov JST samec/samica a nevyžaduje spájkovanie. Ďalšie podrobnosti o okruhu nájdete vo videu na začiatku tohto projektu.

Krok 2: Zostavenie obvodu

Toto zariadenie je skvelým kandidátom na techniku montáže obvodov známu ako voľné tvarovanie. Namiesto toho, aby sme diely v tomto projekte pripevňovali k substrátu, akým je napríklad doska na perf, namiesto toho všetko iba spojíme drôtmi. Vďaka tomu je projekt oveľa menší a jeho montáž je o niečo rýchlejšia, ale spravidla prináša menej esteticky príjemné výsledky. Rád pokrývam svoje voľne tvarované obvody na konci puzdrom s 3D tlačou. Video na začiatku tohto projektu podrobne popisuje proces voľného tvarovania, ale všetky kroky, ktoré som vykonal, si prejdem aj textovo.

Prvé kroky

Prvá vec, ktorú som urobil, bolo odpájanie zelených svorkovníc z lipoly nabíjačky. Nie sú potrebné a zaberajú miesto. Potom som pripojil svorky "+" a "-" lipoly nabíjačky k svorkám "+" a "-" v prednej časti Beetle. Toto napája surové napätie batérie lipoly priamo do mikrokontroléra. Beetle technicky potrebuje 5V, ale stále bude fungovať na zhruba 4V z lipoly.

Zapojenie bleskového senzora

Potom som prestrihol priložený 4-kolíkový kábel tak, aby zostali zhruba dva palce drôtu. Odizoloval som konce, zapojil kábel do bleskového senzora a vykonal som nasledujúce pripojenia:

• „+“na bleskovom senzore na „+“na Beetle
• "-" na bleskovom senzore na "-" na Beetle
• „C“na bleskovom senzore na podložke „SCL“na Beetle
• „D“na bleskovom senzore na podložku „SDA“na Beetle

Pripojil som tiež pin IRQ na bleskovom senzore k podložke RX na Beetle. Toto pripojenie potrebovalo prejsť na hardvérové prerušenie na Beetle a Pad RX (pin 0) bol jediným pinom, ktorý dokázal prerušiť.

Zapojenie bzučiaka

Krátky vodič bzučiaka som zapojil do svorky „-“na Beetle (uzemnenie) a dlhý vodič do kolíka 11. Signálny kolík bzučiaka by mal byť pripojený ku kolíku PWM, aby bola maximálna univerzálnosť, ktorou je pin 11.

Prepínanie batérie

Posledná potrebná vec je pridať do batérie prepínač vložený na zapnutie a vypnutie projektu. Aby som to urobil, najskôr som spájkoval dva vodiče s priľahlými svorkami na prepínači. Tieto som pripevnil na miesto horúcim lepidlom, pretože spojenia prepínača sú krehké. Potom som prestrihol červený vodič na batérii asi do polovice a spájkoval som vodiče vychádzajúce zo spínača na oba konce. Uistite sa, že prekryté časti drôtu zakryjete teplom zmrštiteľnou hadičkou alebo horúcim lepidlom, pretože by mohli ľahko prísť do kontaktu s jedným z uzemňovacích vodičov a spôsobiť skrat. Po pridaní prepínača môžete batériu zapojiť do nabíjačky batérií.

Skladanie všetkého

Posledným krokom je zobrať ten zmätok v drôtoch a komponentoch a pôsobiť tak, aby vyzeral trochu reprezentatívne. Je to chúlostivá úloha, pretože chcete mať istotu, že neprerušíte žiadne drôty. Najprv som začal horúcim prilepením lipoly nabíjačky k hornej časti lipoly batérie. Potom som na to prilepil Chrobáka a nakoniec som nalepil snímač blesku úplne hore. Bzučiak som nechal sedieť nabok, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Konečným výsledkom je stoh dosiek, v ktorých prebiehajú drôty. Tiež som nechal voľne viesť prepínače, pretože neskôr ich chcem integrovať do puzdra s 3D tlačou.

Krok 3: Programovanie

Softvér pre tento obvod je v súčasnej dobe jednoduchý, ale je silne prispôsobiteľný tak, aby vyhovoval vašim potrebám. Keď zariadenie zistí blesk, najskôr mnohokrát zapípa, aby vás upozornilo, že sú nablízku blesky, a potom pípne určitý počet krát, čo zodpovedá vzdialenosti blesku. Ak je blesk vzdialený menej ako 10 kilometrov, zariadenie vydá jedno dlhé pípnutie. Ak je to od vás viac ako 10 km, zariadenie vzdialenosť vydelí desiatimi, zaokrúhli ju a mnohokrát zapípa. Ak napríklad blesk udrie do vzdialenosti 26 km, zariadenie trikrát zapípa.

Celý softvér sa točí okolo prerušení z bleskového senzora. Keď je detekovaná udalosť, bleskový senzor vyšle pin IRQ vysoko, čo spustí prerušenie v mikrokontroléri. Senzor môže tiež odosielať prerušenia v prípade udalostí bez blesku, napríklad v prípade, že je hladina hluku príliš vysoká. Ak je rušenie/hluk príliš vysoké, budete musieť zariadenie premiestniť od akejkoľvek elektroniky. Elektromagnetické žiarenie prichádzajúce z týchto zariadení môže ľahko prevyšovať relatívne slabé elektromagnetické žiarenie zo vzdialeného úderu blesku.

Na programovanie mikrokontroléra môžete použiť Arduino IDE - uistite sa, že je výber dosky nastavený na „Leonardo“. Tiež si budete musieť stiahnuť a nainštalovať knižnicu pre snímač blesku. Toto nájdete tu.

Krok 4: 3D tlačené puzdro

Modeloval som puzdro pre svoje zariadenie. Váš obvod voľného tvaru bude mať pravdepodobne rôzne rozmery, ale snažil som sa, aby bol môj prípad dostatočne veľký, aby sa do neho stále zmestilo mnoho rôznych prevedení. Súbory si môžete stiahnuť tu a potom ich vytlačiť. Horná časť puzdra sa prichytáva k spodnej časti, takže pre puzdro nie sú potrebné žiadne špeciálne diely.

Môžete si tiež vyskúšať výrobu modelu vlastného zariadenia a vytvorenie puzdra. Podrobne tento proces uvádzam vo videu na začiatku tohto projektu, ale základné kroky, ktoré treba dodržať, sú tieto:

1. Zachyťte rozmery svojho zariadenia
2. Modelujte svoje zariadenie v programe CAD (páči sa mi Fusion 360 - študenti ho môžu získať zadarmo)
3. Vytvorte prípad odsadením profilu od modelu zariadenia. Tolerancia 2 mm spravidla funguje dobre.

Krok 5: Používanie zariadenia a ďalšie

Blahoželáme, teraz by ste mali mať plne funkčný detektor bleskov! Pred skutočným používaním zariadenia odporúčam počkať, kým sa okolo vás nevyskytne búrka, aby ste sa presvedčili, že zariadenie skutočne dokáže detekovať blesky. Ten môj fungoval na prvý pokus, ale nepoznám spoľahlivosť tohto senzora.

Nabíjanie zariadenia je jednoduché - do lipoly nabíjačky stačí zapojiť kábel micro -USB, kým sa kontrolka nabíjania nerozsvieti na zeleno. Uistite sa, že je zariadenie počas nabíjania zapnuté, inak nebude batéria napájaná! Odporúčam tiež zmeniť pípanie na niečo, čo sa vám páči viac; pomocou knižnice Tone.h môžete vytvárať príjemnejšie znejúce poznámky.

Dajte mi vedieť v komentároch, ak máte nejaké problémy alebo otázky. Ak chcete vidieť viac z mojich projektov, navštívte moju webovú stránku www. AlexWulff.com.