Rilevatore di fulmini personale: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

In questo progetto creeremo un piccolo dispositivo che ti avvisa dei fulmini nelle vicinanze. Il costo totale di tutti i materiali in questo progetto sarà più economico rispetto all'acquisto di un rilevatore di fulmini commerciale e potrai affinare le tue abilità di creazione di circuiti nel processo!

Il sensore utilizzato in questo progetto è in grado di rilevare fulmini fino a 40 km di distanza ed è anche in grado di determinare la distanza di un fulmine entro una tolleranza di 4 km. Sebbene questo sia un sensore affidabile, non dovresti mai dipendere da esso per avvertirti di fulmini se sei all'aperto. Il tuo lavoro manuale sul circuito non sarà affidabile come un rilevatore di fulmini commerciale.

Questo progetto si basa sull'IC del sensore di fulmini AS3935, con un circuito portante di DFRobot. Rileva la radiazione elettromagnetica caratteristica dei fulmini e utilizza uno speciale algoritmo per convertire queste informazioni in una misurazione della distanza.

Forniture

Questo progetto richiede solo poche parti. Le informazioni vengono trasmesse all'utente tramite un cicalino piezoelettrico e il circuito è alimentato da una batteria ai polimeri di ioni di litio. Di seguito è riportato un elenco completo di tutte le parti:

• Sensore di fulmini DFRobot
• DFRobot Beetle
• Caricatore LiPoly DFRobot
• Cicalino piezoelettrico (ne serve solo uno - funzionano molti tipi diversi)
• LiPoly da 500 mAh (qualsiasi LiPoly da 3,7 V funzionerà)
• Interruttore a scorrimento (va bene qualsiasi piccolo interruttore)

Oltre a questi elementi, ti serviranno i seguenti strumenti/oggetti:

• Saldatore
• Saldare
• Cavo di collegamento
• Spelafili
• Pistola per colla a caldo

Descrivo anche in dettaglio il processo di creazione di una custodia stampata in 3D per questo progetto. Se non si dispone di una stampante 3D, l'utilizzo del dispositivo senza custodia va comunque bene.

Passaggio 1: il circuito

Poiché c'è un numero relativamente piccolo di parti in questa build, il circuito non è particolarmente intricato. Le uniche linee dati sono le linee SCL e SDA per il sensore di fulmini e una connessione per il cicalino. Il dispositivo è alimentato da una batteria ai polimeri di ioni di litio, quindi ho deciso di integrare nel circuito anche un caricabatterie lipoly.

L'immagine sopra mostra l'intero circuito. Si noti che il collegamento tra la batteria LiPoly e il caricabatterie LiPoly avviene tramite i connettori JST maschio/femmina e non necessita di saldatura. Guarda il video all'inizio di questo progetto per ulteriori dettagli sul circuito.

Passaggio 2: assemblaggio del circuito

Questo dispositivo è un ottimo candidato per una tecnica di assemblaggio di circuiti nota come free-forming. Piuttosto che fissare le parti in questo progetto a un substrato come una scheda perf, collegheremo invece tutto con fili. Questo rende il progetto molto più piccolo ed è un po' più veloce da assemblare, ma generalmente produce risultati esteticamente meno gradevoli. Mi piace coprire i miei circuiti a forma libera con una custodia stampata in 3D alla fine. Il video all'inizio di questo progetto descrive in dettaglio il processo di free-forming, ma esaminerò anche testualmente tutti i passaggi che ho seguito.

Primi passi

La prima cosa che ho fatto è stata dissaldare le morsettiere verdi dal caricabatterie lipoly. Questi non sono necessari e occupano spazio. Ho quindi collegato i terminali "+" e "-" del caricabatterie lipoly ai terminali "+" e "-" nella parte anteriore del Maggiolino. Questo alimenta la tensione grezza della batteria LiPoly direttamente nel microcontrollore. Il Maggiolino ha tecnicamente bisogno di 5V, ma continuerà a funzionare a circa 4V dal lipoly.

Cablaggio del sensore di fulmini

Ho quindi tagliato il cavo a 4 pin incluso in modo che rimanessero circa due pollici di filo. Ho rimosso le estremità, collegato il cavo al sensore di fulmini e effettuato i seguenti collegamenti:

• Da "+" sul sensore di fulmini a "+" sul Maggiolino
• Da "-" sul sensore di fulmini a "-" sul Maggiolino
• "C" sul sensore di fulmini al pad "SCL" sul Maggiolino
• "D" sul sensore di fulmini al pad "SDA" sul Maggiolino

Ho anche collegato il pin IRQ sul sensore di fulmini al pad RX sul Maggiolino. Questa connessione doveva andare a un interrupt hardware sul Beetle e il pad RX (pin 0) era l'unico pin con capacità di interruzione rimasto.

Cablaggio del cicalino

Ho collegato il cavo corto del cicalino al terminale "-" sul Maggiolino (massa) e il cavo lungo al pin 11. Il pin del segnale del cicalino dovrebbe essere collegato a un pin PWM per la massima versatilità, che è il pin 11.

Cambio della batteria

L'ultima cosa necessaria è aggiungere un interruttore in linea alla batteria per accendere e spegnere il progetto. Per fare ciò, ho prima saldato due fili ai terminali adiacenti sull'interruttore. Li ho fissati in posizione con la colla a caldo, poiché le connessioni dell'interruttore sono fragili. Quindi ho tagliato il filo rosso sulla batteria a circa metà e ho saldato i fili che escono dall'interruttore a ciascuna estremità. Assicurati di coprire le sezioni di filo esposte con tubo termoretraibile o colla a caldo, poiché potrebbero facilmente entrare in contatto con uno dei fili di terra e creare un cortocircuito. Dopo aver aggiunto l'interruttore, è possibile collegare la batteria al caricabatterie.

Piegare tutto dentro

L'ultimo passo è prendere il disordine di cavi e componenti e renderlo un po' presentabile. Questo è un compito delicato, poiché vuoi essere sicuro di non rompere alcun filo. Per prima cosa ho iniziato incollando a caldo il caricabatterie LiPoly sulla parte superiore della batteria LiPoly. Ho quindi incollato il Maggiolino sopra e infine ho incollato il sensore di fulmini in cima. Ho lasciato il cicalino per sedermi di lato, come mostrato nell'immagine sopra. Il risultato finale è una pila di schede con fili che corrono dappertutto. Ho anche lasciato scorrere liberamente i cavi dell'interruttore, poiché in seguito desidero integrarli in una custodia stampata in 3D.

Passaggio 3: programmazione

Il software per questo circuito è semplice al momento ma è fortemente personalizzabile in base alle proprie esigenze. Quando il dispositivo rileva un fulmine, emette un segnale acustico molte volte per avvisare che il fulmine è nelle vicinanze, quindi emette un segnale acustico un certo numero di volte corrispondente alla distanza del fulmine. Se il fulmine è a meno di 10 chilometri di distanza, il dispositivo emetterà un lungo segnale acustico. Se si trova a più di 10 km da te, il dispositivo dividerà la distanza per dieci, la arrotonderà e emetterà un numero altrettanto elevato di segnali acustici. Ad esempio, se un fulmine colpisce a 26 km di distanza, il dispositivo emetterà tre segnali acustici.

L'intero software ruota attorno alle interruzioni del sensore di fulmini. Quando viene rilevato un evento, il sensore di fulmini invierà il pin IRQ alto, che attiva un'interruzione nel microcontrollore. Il sensore può anche inviare interruzioni per eventi diversi dai fulmini, ad esempio se il livello di rumore è troppo alto. Se l'interferenza/rumore è troppo alto, dovrai allontanare il dispositivo da qualsiasi dispositivo elettronico. La radiazione elettromagnetica proveniente da questi dispositivi può facilmente sminuire la radiazione elettromagnetica relativamente debole di un fulmine lontano.

Per programmare il microcontrollore puoi utilizzare l'IDE Arduino - assicurati che la selezione della scheda sia impostata su "Leonardo". Dovrai anche scaricare e installare la libreria per il sensore di fulmini. Puoi trovare questo qui.

Passaggio 4: custodia stampata in 3D

Ho modellato una custodia per il mio dispositivo. Il tuo circuito a forma libera avrà probabilmente dimensioni diverse, ma ho cercato di rendere il mio case abbastanza grande da poterci ancora inserire molti progetti diversi. Puoi scaricare i file qui e poi stamparli. La parte superiore della custodia si aggancia alla parte inferiore, quindi non sono necessarie parti speciali per la custodia.

Puoi anche provare a creare un modello del tuo dispositivo e creare una custodia per esso. Descrivo in dettaglio questo processo nel video all'inizio di questo progetto, ma i passaggi di base da seguire sono i seguenti:

1. Cattura le dimensioni del tuo dispositivo
2. Modella il tuo dispositivo in un programma CAD (mi piace Fusion 360 - gli studenti possono ottenerlo gratuitamente)
3. Crea un caso spostando un profilo dal modello del dispositivo. Una tolleranza di 2 mm generalmente funziona bene.

Passaggio 5: utilizzo del dispositivo e altro

Congratulazioni, ora dovresti avere un rilevatore di fulmini completamente funzionante! Prima di utilizzare il dispositivo per davvero, ti consiglio di aspettare che ci sia un temporale intorno a te per assicurarti che il dispositivo sia effettivamente in grado di rilevare i fulmini. Il mio ha funzionato al primo tentativo, ma non conosco l'affidabilità di questo sensore.

Ricaricare il dispositivo è semplice: puoi semplicemente collegare un cavo micro-USB al caricabatterie LiPoly fino a quando la spia di ricarica diventa verde. Assicurati che il dispositivo sia acceso mentre lo carichi, altrimenti la batteria non verrà alimentata! Consiglio anche di cambiare i segnali acustici con qualcosa che ti piace di più; puoi usare la libreria Tone.h per generare note più piacevoli.

Fatemi sapere nei commenti se avete problemi o domande. Per vedere più dei miei progetti, controlla il mio sito Web www. AlexWulff.com.