เครื่องตรวจจับฟ้าผ่าส่วนบุคคล: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

ในโครงการนี้ เราจะสร้างอุปกรณ์ขนาดเล็กที่เตือนคุณเมื่อมีฟ้าผ่าในบริเวณใกล้เคียง ต้นทุนรวมของวัสดุทั้งหมดในโครงการนี้จะถูกกว่าการซื้อเครื่องตรวจจับฟ้าผ่าเชิงพาณิชย์ และคุณจะได้ฝึกฝนทักษะการสร้างวงจรของคุณในกระบวนการนี้!

เซ็นเซอร์ที่ใช้ในโครงการนี้สามารถตรวจจับฟ้าผ่าได้ไกลถึง 40 กม. และยังสามารถกำหนดระยะห่างของการโจมตีได้ภายในระยะ 4 กม. แม้ว่าเซ็นเซอร์นี้จะเป็นเซ็นเซอร์ที่เชื่อถือได้ แต่คุณไม่ควรพึ่งพาเซ็นเซอร์นี้เพื่อเตือนคุณถึงฟ้าแลบหากคุณอยู่กลางแจ้ง งานฝีมือวงจรของคุณเองจะไม่น่าเชื่อถือเท่ากับเครื่องตรวจจับฟ้าผ่าเชิงพาณิชย์

โปรเจ็กต์นี้ใช้ IC เซ็นเซอร์ฟ้าผ่า AS3935 พร้อมวงจรพาหะจาก DFRobot ตรวจจับการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นลักษณะเฉพาะของฟ้าผ่า และใช้อัลกอริธึมพิเศษในการแปลงข้อมูลนี้เป็นการวัดระยะทาง

เสบียง

โครงการนี้ต้องการเพียงไม่กี่ส่วนเท่านั้น ข้อมูลจะถูกส่งต่อไปยังผู้ใช้ผ่านทางเสียง Piezo และวงจรนี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโพลีเมอร์ ด้านล่างนี้เป็นรายการที่สมบูรณ์ของชิ้นส่วนทั้งหมด:

• DFRobot Lightning Sensor
• DFRobot Beetle
• DFRobot LiPoly Charger
• Piezo Buzzer (ต้องการเพียงอันเดียว - ใช้งานได้หลายประเภท)
• 500 mAh LiPoly (LiPoly 3.7V ใด ๆ จะใช้งานได้)
• สวิตช์สไลด์ (สวิตช์ขนาดเล็กใดก็ได้)

นอกเหนือจากรายการเหล่านี้ คุณจะต้องการเครื่องมือ/รายการต่อไปนี้:

• หัวแร้ง
• ประสาน
• สายเชื่อมต่อ
• เครื่องปอกสายไฟ
• ปืนกาวร้อน

ฉันยังให้รายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการสร้างเคสที่พิมพ์ 3 มิติสำหรับโครงการนี้ หากคุณไม่มีเครื่องพิมพ์ 3D การใช้งานอุปกรณ์โดยไม่มีเคสก็ยังใช้ได้

ขั้นตอนที่ 1: วงจร

เนื่องจากมีชิ้นส่วนค่อนข้างน้อยในโครงสร้างนี้ วงจรจึงไม่ซับซ้อนเป็นพิเศษ สายข้อมูลเพียงเส้นเดียวคือสาย SCL และ SDA สำหรับเซ็นเซอร์ฟ้าผ่า และหนึ่งจุดเชื่อมต่อสำหรับออด อุปกรณ์นี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโพลีเมอร์ ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจรวมเครื่องชาร์จ lipoly เข้ากับวงจรด้วย

ภาพด้านบนแสดงวงจรทั้งหมด โปรดทราบว่าการเชื่อมต่อระหว่างแบตเตอรี่ lipoly กับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ lipoly นั้นใช้ตัวเชื่อมต่อ JST ตัวผู้/ตัวเมีย และไม่จำเป็นต้องบัดกรี ดูวิดีโอที่จุดเริ่มต้นของโครงการนี้สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับวงจร

ขั้นตอนที่ 2: การประกอบวงจร

อุปกรณ์นี้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับเทคนิคการประกอบวงจรที่เรียกว่าการขึ้นรูปอิสระ แทนที่จะติดชิ้นส่วนในโปรเจ็กต์นี้กับพื้นผิว เช่น บอร์ดที่สมบูรณ์แบบ เราจะเชื่อมต่อทุกอย่างด้วยสายไฟแทน ทำให้โปรเจ็กต์มีขนาดเล็กลงมาก และประกอบได้เร็วกว่าเล็กน้อย แต่โดยทั่วไปจะให้ผลลัพธ์ที่น่าพึงพอใจน้อยกว่า ฉันชอบที่จะครอบคลุมวงจรอิสระของฉันด้วยเคสที่พิมพ์ 3 มิติในตอนท้าย วิดีโอในตอนต้นของโครงการนี้มีรายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการขึ้นรูปอิสระ แต่ฉันจะพูดถึงขั้นตอนทั้งหมดที่ฉันทำในรูปแบบข้อความเช่นกัน

ก้าวแรก

สิ่งแรกที่ฉันทำคือขายแผงขั้วต่อสีเขียวออกจากที่ชาร์จ lipoly สิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นและใช้พื้นที่ จากนั้นฉันก็เชื่อมต่อขั้ว "+" และ "-" ของเครื่องชาร์จ lipoly กับขั้ว "+" และ "-" ที่ด้านหน้าของ Beetle สิ่งนี้จะดึงแรงดันดิบของแบตเตอรี่ลิโพลีเข้าสู่ไมโครคอนโทรลเลอร์โดยตรง ทางเทคนิคแล้ว Beetle ต้องการ 5V แต่จะยังคงทำงานบน 4V โดยประมาณจาก lipoly

การเดินสาย Lightning Sensor

จากนั้นฉันก็ตัดสายเคเบิล 4 พินที่ให้มาเพื่อให้เหลือลวดประมาณสองนิ้ว ฉันถอดปลายสาย เสียบสายเคเบิลเข้ากับเซ็นเซอร์ฟ้าผ่า และทำการเชื่อมต่อต่อไปนี้:

• "+" บนเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าเป็น "+" บน Beetle
• "-" บนเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าถึง "-" บน Beetle
• "C" บนเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าไปยังแผ่น "SCL" บน Beetle
• "D" บนเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าไปยังแผ่น "SDA" บน Beetle

ฉันยังเชื่อมต่อพิน IRQ บนเซ็นเซอร์ฟ้าผ่ากับแพด RX บน Beetle ด้วย การเชื่อมต่อนี้จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์ขัดจังหวะบน Beetle และ RX pad (พิน 0) เป็นพินเดียวที่สามารถอินเตอร์รัปต์ได้

การเดินสายไฟ Buzzer

ฉันเชื่อมต่อสายนำสั้นของออดกับขั้ว "-" บน Beetle (กราวด์) และสายยาวกับพิน 11 พินสัญญาณของออดควรเชื่อมต่อกับพิน PWM เพื่อความคล่องตัวสูงสุด ซึ่งพิน 11 คือ

การเปลี่ยนแบตเตอรี่

สิ่งสุดท้ายที่จำเป็นคือการเพิ่มสวิตช์แบบอินไลน์ให้กับแบตเตอรี่เพื่อเปิดและปิดโปรเจ็กต์ ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นฉันบัดกรีสายไฟสองเส้นเข้ากับขั้วต่อที่อยู่ติดกันบนสวิตช์ ฉันแก้ไขสิ่งเหล่านี้ด้วยกาวร้อน เนื่องจากการเชื่อมต่อของสวิตช์นั้นเปราะบาง จากนั้นฉันก็ตัดสายสีแดงบนแบตเตอรี่ประมาณครึ่งทางแล้วบัดกรีสายไฟที่ออกจากสวิตช์ไปที่ปลายแต่ละด้าน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณปิดส่วนที่เปิดออกของลวดด้วยท่อหดด้วยความร้อนหรือกาวร้อน เนื่องจากสิ่งเหล่านี้อาจสัมผัสกับสายดินเส้นใดเส้นหนึ่งและทำให้สั้นได้ หลังจากเพิ่มสวิตช์แล้ว คุณสามารถเสียบแบตเตอรี่เข้ากับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ได้

พับทุกอย่างใน

ขั้นตอนสุดท้ายคือการจัดการสายไฟและส่วนประกอบที่ยุ่งเหยิงและทำให้ดูเรียบร้อยบ้าง นี่เป็นงานที่ละเอียดอ่อน เพราะคุณต้องการให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ทำสายไฟขาด ครั้งแรกที่ฉันเริ่มต้นด้วยการติดเครื่องชาร์จ lipoly ที่ด้านบนของแบตเตอรี่ lipoly จากนั้นฉันก็ติดแมลงปีกแข็งไว้ด้านบน และสุดท้ายก็ติดเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าที่ด้านบนสุด ฉันทิ้งเสียงกริ่งให้นั่งที่ด้านข้างดังแสดงในภาพด้านบน ผลลัพธ์สุดท้ายคือกองกระดานที่มีสายไฟวิ่งไปทั่ว ฉันยังปล่อยให้ลีดของสวิตช์ทำงานอย่างอิสระ เนื่องจากฉันต้องการรวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับเคสที่พิมพ์ 3 มิติในภายหลัง

ขั้นตอนที่ 3: การเขียนโปรแกรม

ซอฟต์แวร์สำหรับวงจรนี้ใช้งานง่ายในขณะนี้ แต่ปรับแต่งได้อย่างมากเพื่อให้เหมาะกับความต้องการของคุณ เมื่ออุปกรณ์ตรวจพบสายฟ้า เครื่องจะส่งเสียงบี๊บหลายครั้งก่อนเพื่อเตือนคุณว่ามีฟ้าผ่าอยู่ใกล้ๆ จากนั้นจะส่งเสียงบี๊บจำนวนหนึ่งตามระยะทางของสายฟ้า หากฟ้าผ่าอยู่ห่างออกไปไม่ถึง 10 กิโลเมตร เครื่องจะส่งเสียงบี๊บยาวหนึ่งครั้ง หากอยู่ห่างจากคุณมากกว่า 10 กม. อุปกรณ์จะแบ่งระยะทางเป็นสิบ ปัดเศษ แล้วส่งเสียงบี๊บหลายครั้ง ตัวอย่างเช่น หากฟ้าผ่าอยู่ห่างออกไป 26 กม. อุปกรณ์จะส่งเสียงบี๊บสามครั้ง

ซอฟต์แวร์ทั้งหมดหมุนรอบการขัดจังหวะจากเซ็นเซอร์ฟ้าผ่า เมื่อตรวจพบเหตุการณ์ เซ็นเซอร์ฟ้าผ่าจะส่งพิน IRQ ให้สูง ซึ่งจะกระตุ้นการขัดจังหวะในไมโครคอนโทรลเลอร์ เซ็นเซอร์ยังสามารถส่งสัญญาณรบกวนสำหรับเหตุการณ์ที่ไม่ใช่ฟ้าผ่า เช่น หากระดับเสียงสูงเกินไป หากสัญญาณรบกวน/สัญญาณรบกวนสูงเกินไป คุณจะต้องย้ายอุปกรณ์ออกจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใดๆ การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาจากอุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำให้การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอเมื่อเทียบกับการโจมตีด้วยฟ้าผ่าที่อยู่ห่างไกลออกไปได้อย่างง่ายดาย

ในการตั้งโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ คุณสามารถใช้ Arduino IDE ได้ - ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ตั้งค่าการเลือกบอร์ดเป็น "Leonardo" คุณจะต้องดาวน์โหลดและติดตั้งไลบรารี่สำหรับเซ็นเซอร์ฟ้าผ่าด้วย คุณสามารถหาได้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 4: เคสที่พิมพ์ 3 มิติ

ฉันจำลองเคสสำหรับอุปกรณ์ของฉัน วงจรฟรีฟอร์มของคุณน่าจะมีมิติต่างกัน แต่ฉันพยายามทำให้เคสของฉันใหญ่พอที่จะทำให้การออกแบบต่างๆ มากมายสามารถใส่เข้าไปได้ คุณสามารถดาวน์โหลดไฟล์ได้ที่นี่ แล้วพิมพ์ออกมา ด้านบนของเคสติดกับด้านล่าง จึงไม่จำเป็นต้องมีชิ้นส่วนพิเศษสำหรับเคส

คุณยังสามารถลองสร้างแบบจำลองของอุปกรณ์ของคุณเองและสร้างเคสให้กับอุปกรณ์ได้ ฉันให้รายละเอียดกระบวนการนี้ในวิดีโอเมื่อเริ่มต้นโครงการนี้ แต่ขั้นตอนพื้นฐานที่ต้องปฏิบัติตามมีดังนี้:

1. จับภาพขนาดอุปกรณ์ของคุณ
2. สร้างแบบจำลองอุปกรณ์ของคุณในโปรแกรม CAD (ฉันชอบ Fusion 360 - นักเรียนสามารถรับได้ฟรี)
3. สร้างเคสโดยออฟเซ็ตโปรไฟล์จากรุ่นอุปกรณ์ พิกัดความเผื่อ 2 มม. โดยทั่วไปใช้งานได้ดี

ขั้นตอนที่ 5: การใช้อุปกรณ์ของคุณและอื่น ๆ

ขอแสดงความยินดี ตอนนี้คุณควรมีเครื่องตรวจจับฟ้าผ่าที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แล้ว! ก่อนใช้งานอุปกรณ์จริง ขอแนะนำให้รอจนกว่าจะมีพายุฝนฟ้าคะนองรอบตัวคุณเพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์นั้นสามารถตรวจจับฟ้าผ่าได้จริง ของฉันใช้งานได้ในครั้งแรก แต่ฉันไม่รู้ถึงความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์นี้

การชาร์จอุปกรณ์ทำได้ง่าย เพียงเสียบสาย micro-USB เข้ากับเครื่องชาร์จ lipoly จนกว่าไฟชาร์จจะเปลี่ยนเป็นสีเขียว ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์เปิดอยู่ในขณะที่คุณชาร์จ มิฉะนั้นจะไม่มีกระแสไฟไปที่แบตเตอรี่! ฉันยังแนะนำให้เปลี่ยนเสียงบี๊บเป็นสิ่งที่คุณชอบมากขึ้น คุณสามารถใช้ไลบรารี Tone.h เพื่อสร้างโน้ตที่น่าฟังยิ่งขึ้น

แจ้งให้เราทราบในความคิดเห็นหากคุณมีปัญหาหรือคำถาม หากต้องการดูโครงการเพิ่มเติมของฉัน โปรดดูที่เว็บไซต์ของฉัน www. AlexWulff.com