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(gòu)建一個(gè)閃電探測器。對于普通愛好者來說，大多數(shù)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(gè)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(gòu)建一個(gè)簡單的電路，用 Arduino 檢測閃電并產(chǎn)生有意義的結(jié)果。

背景

當(dāng)雷擊時(shí)，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(chǎn)品，然后產(chǎn)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(nèi)發(fā)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(yùn)行，即每秒 24 億次振蕩。VLF 和 LF 在較低頻率下運(yùn)行，使用 Arduino，我們可以捕獲 7kHz 左右的頻率。使用這種輻射進(jìn)行閃電探測的優(yōu)點(diǎn)是，在這個(gè)頻率附近，通常沒有任何東西會(huì)發(fā)出閃電中所見的大爆發(fā)。作為一種電磁波，它以光速傳播，這意味著傳感器會(huì)在閃電發(fā)生時(shí)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(yùn)行，任何其他都可以工作）

• 為簡單起見的面包板

您可能已經(jīng)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(huì)被讀取，因此數(shù)據(jù)會(huì)丟失。更重要的是，低于 0v 的電壓可能會(huì)損壞引腳。這會(huì)給我們帶來一個(gè)小問題，因?yàn)殡娋€中產(chǎn)生的電壓會(huì)在 0v 以下和以上波動(dòng)。為了解決這個(gè)問題，我們將引腳電壓設(shè)置在 5v 范圍的中間，即 2.5v，這將通過一個(gè)小技巧來實(shí)現(xiàn)，即分壓器。在此過程中，我們將引腳設(shè)置為穩(wěn)定的 2.5v，電壓波動(dòng)的來源為 2.5v，因此不會(huì)損壞或丟失數(shù)據(jù)。

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雷電探測器電路圖

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電路非常簡單，我們有 2x 10k Ohm 電阻串聯(lián)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(gè) 3.3M Ohm (MegaOhm) 電阻。與 3.3M 歐姆電阻串聯(lián)，將導(dǎo)線連接到引腳 A4（藍(lán)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(yīng)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(gè)波長有 4 個(gè)讀數(shù)。也就是說，每秒 28,000 個(gè)樣本。

Arduino 模擬引腳每秒只能為我們提供 9,600 個(gè)樣本。使用該采樣率，我們將只能捕獲 2kHz 或更高的波，這遠(yuǎn)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(shí)保持良好的分辨率。這稱為預(yù)分頻器，可以通過代碼進(jìn)行配置。有許多預(yù)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(shí)踐中，任何形式的計(jì)算都會(huì)降低這個(gè)采樣率，因此我只能得到 46kHz 左右，這對于這個(gè)項(xiàng)目來說仍然非常好。

因此，向前推進(jìn)，草圖使用 512 字節(jié)數(shù)組來存儲(chǔ)來自引腳 A4 的電壓閥。它不斷地讀取引腳值并將其寫入數(shù)組中的下一個(gè)位置。一旦檢測到閃電，整個(gè)陣列就會(huì)通過串行端口發(fā)送。這可以在 Arduino IDE 中的繪圖儀上繪制，也可以發(fā)送到另一個(gè) Arduino 或 ESP8266 以在線發(fā)布數(shù)據(jù)。最好首先通過 Arduino IDE 對其進(jìn)行監(jiān)控，因此如果有一些故障，可以在此解決。

結(jié)果

以下是一些結(jié)果。

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從 Github 獲取源代碼：https ://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

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標(biāo)簽：Arduino電磁場EMF閃電傳感器UNO VLF天氣