Προσωπικός ανιχνευτής κεραυνών: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Σε αυτό το έργο θα δημιουργήσουμε μια μικρή συσκευή που θα σας ειδοποιεί για κοντινές κεραυνούς. Το συνολικό κόστος όλων των υλικών σε αυτό το έργο θα είναι φθηνότερο από την αγορά ενός εμπορικού ανιχνευτή κεραυνού και θα βελτιώσετε τις δεξιότητές σας στην κατασκευή κυκλωμάτων στη διαδικασία!

Ο αισθητήρας που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο μπορεί να ανιχνεύσει κεραυνούς έως και 40 χιλιόμετρα μακριά, και είναι επίσης ικανός να προσδιορίσει την απόσταση ενός χτυπήματος σε ανοχή 4 χιλιομέτρων. Αν και αυτός είναι ένας αξιόπιστος αισθητήρας, δεν πρέπει ποτέ να εξαρτάστε από αυτόν για να σας προειδοποιήσει για κεραυνούς εάν βρίσκεστε σε εξωτερικούς χώρους. Το δικό σας χειροποίητο κύκλωμα δεν θα είναι τόσο αξιόπιστο όσο ένας εμπορικός ανιχνευτής κεραυνών.

Αυτό το έργο βασίζεται στο IC του αισθητήρα αστραπής AS3935, με κύκλωμα φορέα από το DFRobot. Ανιχνεύει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που είναι χαρακτηριστική του κεραυνού και χρησιμοποιεί έναν ειδικό αλγόριθμο για να μετατρέψει αυτές τις πληροφορίες σε μετρήσεις απόστασης.

Προμήθειες

Αυτό το έργο απαιτεί μόνο μερικά μέρη. Οι πληροφορίες παρέχονται στον χρήστη μέσω ενός πιεζοηχητικού βομβητή και το κύκλωμα τροφοδοτείται από μια μπαταρία πολυμερών ιόντων λιθίου. Παρακάτω είναι μια πλήρης λίστα με όλα τα μέρη:

• Αισθητήρας κεραυνού DFRobot
• DFRobot Beetle
• Φορτιστής DFRobot LiPoly
• Piezo Buzzer (χρειάζεται μόνο ένα - πολλοί διαφορετικοί τύποι εργασίας)
• 500 mAh LiPoly (οποιοδήποτε 3.7V LiPoly θα λειτουργήσει)
• Διακόπτης διαφανειών (κάθε μικρός διακόπτης θα λειτουργήσει)

Εκτός από αυτά τα στοιχεία, θα θέλετε τα ακόλουθα εργαλεία/στοιχεία:

• Συγκολλητικό σίδερο
• Κόλλα μετάλλων
• Σύρμα σύνδεσης
• Απογυμνωτές καλωδίων
• Πυροβόλο θερμής κόλλας

Αναφέρω επίσης λεπτομερώς τη διαδικασία δημιουργίας μιας θήκης με 3D εκτύπωση για αυτό το έργο. Εάν δεν έχετε εκτυπωτή 3D, η λειτουργία της συσκευής χωρίς θήκη είναι ακόμα καλή.

Βήμα 1: Το κύκλωμα

Καθώς υπάρχει σχετικά μικρός αριθμός εξαρτημάτων σε αυτήν την κατασκευή, το κύκλωμα δεν είναι ιδιαίτερα περίπλοκο. Οι μόνες γραμμές δεδομένων είναι οι γραμμές SCL και SDA για τον αισθητήρα κεραυνού και μία σύνδεση για το βομβητή. Η συσκευή τροφοδοτείται από μπαταρία ιόντων λιθίου πολυμερούς, οπότε αποφάσισα να ενσωματώσω επίσης έναν φορτιστή λιπόλυσης στο κύκλωμα.

Η παραπάνω εικόνα απεικονίζει ολόκληρο το κύκλωμα. Σημειώστε ότι η σύνδεση μεταξύ της μπαταρίας λιπόλυσης και του φορτιστή μπαταρίας λιπόλυσης γίνεται μέσω των συνδέσμων αρσενικών/θηλυκών JST και δεν απαιτεί συγκόλληση. Δείτε το βίντεο στην αρχή αυτού του έργου για περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με το κύκλωμα.

Βήμα 2: Συναρμολόγηση κυκλωμάτων

Αυτή η συσκευή είναι ένας εξαιρετικός υποψήφιος για μια τεχνική συναρμολόγησης κυκλώματος γνωστή ως ελεύθερης μορφοποίησης. Αντί να στερεώσουμε τα μέρη σε αυτό το έργο σε ένα υπόστρωμα όπως μια σανίδα perf, θα συνδέσουμε απλώς τα πάντα με καλώδια. Αυτό κάνει το έργο πολύ μικρότερο και είναι κάπως πιο γρήγορο στη συναρμολόγηση, αλλά γενικά παράγει λιγότερο αισθητικά ευχάριστα αποτελέσματα. Μου αρέσει να καλύπτω τα κυκλώματά μου ελεύθερης διαμόρφωσης με μια θήκη 3D-εκτύπωσης στο τέλος. Το βίντεο στην αρχή αυτού του έργου περιγράφει λεπτομερώς τη διαδικασία ελεύθερης διαμόρφωσης, αλλά θα περάσω από όλα τα βήματα που έκανα επίσης κειμενικά.

Πρώτα βήματα

Το πρώτο πράγμα που έκανα ήταν να ξεκολλήσω τα πράσινα μπλοκ ακροδεκτών από τον φορτιστή λιπόλυσης. Αυτά δεν χρειάζονται και καταλαμβάνουν χώρο. Στη συνέχεια, ένωσα τους ακροδέκτες "+" και "-" του φορτιστή λιπόλυσης στους ακροδέκτες "+" και "-" στο μπροστινό μέρος του Beetle. Αυτό τροφοδοτεί την ακατέργαστη τάση της μπαταρίας λιπόλης απευθείας στον μικροελεγκτή. Το Beetle χρειάζεται τεχνικά 5V, αλλά θα εξακολουθήσει να λειτουργεί στα περίπου 4V από το λιπόλυ.

Καλωδίωση του αισθητήρα αστραπής

Στη συνέχεια έκοψα το συμπεριλαμβανόμενο καλώδιο 4 ακίδων έτσι ώστε να μείνουν περίπου δύο ίντσες σύρμα. Έβγαλα τα άκρα, συνδέσα το καλώδιο στον αισθητήρα κεραυνού και έκανα τις ακόλουθες συνδέσεις:

• "+" στον αισθητήρα αστραπής έως "+" στο Beetle
• "-" στον αισθητήρα κεραυνού έως "-" στο Beetle
• "C" στον αισθητήρα αστραπής στο μαξιλάρι "SCL" στο Beetle
• "D" στον αισθητήρα αστραπής στο μαξιλάρι "SDA" στο Beetle

Συνέδεσα επίσης τον πείρο IRQ στον αισθητήρα αστραπής στο μαξιλάρι RX στο Beetle. Αυτή η σύνδεση έπρεπε να μεταβεί σε διακοπή υλικού στο Beetle και το RX pad (pin 0) ήταν ο μόνος πείρος με δυνατότητα διακοπής.

Καλωδίωση του βομβητή

Συνδέω το σύντομο καλώδιο του βομβητή στο τερματικό "-" στο Beetle (γείωση) και το μακρύ καλώδιο στο pin 11. Ο πείρος σήματος του βομβητή πρέπει να συνδεθεί με έναν πείρο PWM για μέγιστη ευελιξία, που είναι ο πείρος 11.

Αλλαγή μπαταρίας

Το τελευταίο πράγμα που είναι απαραίτητο είναι να προσθέσετε έναν ενσωματωμένο διακόπτη στην μπαταρία για να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε το έργο. Για να γίνει αυτό, κόλλησα πρώτα δύο καλώδια σε γειτονικούς ακροδέκτες του διακόπτη. Τα στερέωσα στη θέση τους με θερμή κόλλα, καθώς οι συνδέσεις του διακόπτη είναι εύθραυστες. Στη συνέχεια έκοψα το κόκκινο καλώδιο της μπαταρίας περίπου στη μέση και κόλλησα τα καλώδια που βγαίνουν από το διακόπτη σε κάθε άκρο. Βεβαιωθείτε ότι έχετε καλύψει τα εκτεθειμένα τμήματα σύρματος με σωλήνες συρρίκνωσης θερμότητας ή θερμή κόλλα, καθώς αυτά θα μπορούσαν εύκολα να έρθουν σε επαφή με ένα από τα καλώδια γείωσης και να κάνουν κοντό. Μετά την προσθήκη του διακόπτη, μπορείτε να συνδέσετε την μπαταρία στον φορτιστή μπαταρίας.

Διπλώνοντας τα πάντα μέσα

Το τελευταίο βήμα είναι να πάρετε το ακατάστατο χάος των καλωδίων και των εξαρτημάτων και να το κάνετε να φαίνεται κάπως ευπαρουσίαστο. Αυτό είναι ένα λεπτό έργο, καθώς θέλετε να είστε σίγουροι ότι δεν σπάτε κανένα καλώδιο. Ξεκίνησα αρχικά κολλώντας θερμά τον φορτιστή λιπόλυ στην κορυφή της μπαταρίας λιπόλυ. Έπειτα κόλλησα το Beetle πάνω από αυτό και τελικά κόλλησα τον αισθητήρα αστραπής στην κορυφή. Άφησα τον βομβητή να καθίσει στο πλάι, όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια στοίβα σανίδων με καλώδια που τρέχουν σε όλη την έκταση. Άφησα επίσης τα καλώδια του διακόπτη να λειτουργούν ελεύθερα, καθώς αργότερα θέλω να τα ενσωματώσω σε μια θήκη με 3D εκτύπωση.

Βήμα 3: Προγραμματισμός

Το λογισμικό για αυτό το κύκλωμα είναι απλό αυτή τη στιγμή, αλλά είναι πολύ προσαρμόσιμο για να καλύψει τις ανάγκες σας. Όταν η συσκευή ανιχνεύσει κεραυνό, αρχικά θα ηχήσει πολλές φορές για να σας ειδοποιήσει ότι η αστραπή βρίσκεται κοντά, και στη συνέχεια να ηχήσει ορισμένες φορές που αντιστοιχεί στην απόσταση του κεραυνού. Εάν ο κεραυνός απέχει λιγότερο από 10 χιλιόμετρα, η συσκευή θα εκπέμψει ένα μεγάλο ηχητικό σήμα. Εάν απέχει περισσότερο από 10 χιλιόμετρα από εσάς, η συσκευή θα διαιρέσει την απόσταση με δέκα, θα την στρογγυλοποιήσει και θα ηχήσει πολλές φορές. Για παράδειγμα, εάν ένας κεραυνός χτυπήσει 26 χιλιόμετρα μακριά, η συσκευή θα ηχήσει τρεις φορές.

Ολόκληρο το λογισμικό περιστρέφεται γύρω από διακοπές από τον αισθητήρα κεραυνού. Όταν ανιχνευθεί ένα συμβάν, ο αισθητήρας κεραυνών θα στείλει τον πείρο IRQ ψηλά, ο οποίος προκαλεί διακοπή του μικροελεγκτή. Ο αισθητήρας μπορεί επίσης να στέλνει διακοπές για γεγονότα χωρίς κεραυνούς, όπως εάν το επίπεδο θορύβου είναι πολύ υψηλό. Εάν η παρεμβολή/θόρυβος είναι πολύ υψηλή, θα πρέπει να μετακινήσετε τη συσκευή μακριά από οποιαδήποτε ηλεκτρονικά. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προέρχεται από αυτές τις συσκευές μπορεί εύκολα να ξεπεράσει τη συγκριτικά ασθενή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από μια μακρινή κρούση κεραυνού.

Για να προγραμματίσετε τον μικροελεγκτή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Arduino IDE - βεβαιωθείτε ότι η επιλογή της πλακέτας έχει οριστεί σε "Leonardo". Θα χρειαστεί επίσης να κατεβάσετε και να εγκαταστήσετε τη βιβλιοθήκη για τον αισθητήρα κεραυνού. Μπορείτε να το βρείτε εδώ.

Βήμα 4: Θήκη με 3D εκτύπωση

Διαμόρφωσα μια θήκη για τη συσκευή μου. Το κύκλωμα ελεύθερης μορφής σας πιθανότατα θα έχει διαφορετικές διαστάσεις, αλλά προσπάθησα να κάνω τη θήκη μου αρκετά μεγάλη, έτσι ώστε πολλά διαφορετικά σχέδια να μπορούν ακόμα να χωρέσουν σε αυτό. Μπορείτε να κατεβάσετε τα αρχεία εδώ και στη συνέχεια να τα εκτυπώσετε. Το επάνω μέρος της θήκης κουμπώνει στο κάτω μέρος, οπότε δεν απαιτούνται ειδικά εξαρτήματα για τη θήκη.

Μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε να φτιάξετε ένα μοντέλο της δικής σας συσκευής και να δημιουργήσετε μια θήκη για αυτήν. Αναφέρω λεπτομερώς αυτή τη διαδικασία στο βίντεο στην αρχή αυτού του έργου, αλλά τα βασικά βήματα που πρέπει να ακολουθήσετε είναι τα εξής:

1. Αποτυπώστε τις διαστάσεις της συσκευής σας
2. Μοντελοποιήστε τη συσκευή σας σε πρόγραμμα CAD (μου αρέσει το Fusion 360 - οι μαθητές μπορούν να το αποκτήσουν δωρεάν)
3. Δημιουργήστε μια υπόθεση αντισταθμίζοντας ένα προφίλ από το μοντέλο της συσκευής. Μια ανοχή 2 mm γενικά λειτουργεί καλά.

Βήμα 5: Χρήση της συσκευής σας και άλλα

Συγχαρητήρια, θα πρέπει τώρα να έχετε έναν πλήρως λειτουργικό ανιχνευτή κεραυνού! Πριν χρησιμοποιήσετε τη συσκευή πραγματικά, σας συνιστώ να περιμένετε μέχρι να υπάρξει καταιγίδα γύρω σας για να βεβαιωθείτε ότι η συσκευή είναι πραγματικά ικανή να ανιχνεύσει κεραυνούς. Το δικό μου δούλεψε την πρώτη προσπάθεια, αλλά δεν ξέρω την αξιοπιστία αυτού του αισθητήρα.

Η φόρτιση της συσκευής είναι απλή - μπορείτε απλά να συνδέσετε ένα καλώδιο micro -USB στον φορτιστή λιπόλυσης έως ότου η λυχνία φόρτισης γίνει πράσινη. Βεβαιωθείτε ότι η συσκευή είναι ενεργοποιημένη ενώ τη φορτίζετε, διαφορετικά η μπαταρία δεν πηγαίνει ρεύμα! Συνιστώ επίσης να αλλάξετε τα μπιπ σε κάτι που σας αρέσει περισσότερο. μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη βιβλιοθήκη Tone.h για να δημιουργήσετε πιο ευχάριστες νότες.

Ενημερώστε με στα σχόλια εάν έχετε προβλήματα ή απορίες. Για να δείτε περισσότερα από τα έργα μου, ανατρέξτε στον ιστότοπό μου www. AlexWulff.com.