Arduino 的闪电探测器

关于这个项目

在本教程中，我们将使用 Arduino Uno、一些电阻器和一些跳线构建一个闪电探测器。大多数闪电探测器对于普通爱好者来说通常成本过高，但这并不意味着人们不能享受闪电探测及其背后的物理原理。在本教程中，使用一个非常简单的电路，我们将能够检测到大约 10-20 公里外的闪电，这是最不令人印象深刻的。目的是构建一个简单的电路来使用 Arduino 检测闪电并产生有意义的结果。

背景

当闪电击中时，会以不同的形式释放出大量的能量。最明显的是光和声音，后者是闪电周围的直接粒子温度升高速率的副产品，然后产生声音。但是，这还不是全部。闪电在 VLF（极低频）和 LF（低频）范围内发出大量电磁辐射，通常范围为 3kHz 至 300kHz。 VLF 和 LF 类似于光波、您的 WiFi 波和您的微波炉波，但不同的是在较低频率下工作。例如。 WiFi 通常在 2.4GHz 左右运行，即每秒 24 亿次振荡。 VLF 和 LF 在较低频率下运行，使用 Arduino 我们可以捕获 7kHz 左右的频率。使用这种辐射进行闪电探测的优点是，通常不会像闪电一样发出大爆发，在这个频率附近；作为一种电磁波，它以光速传播，这意味着传感器将在闪电发生时（几微秒后）检测到闪电。我们的小 Arduino 将有一个天线（有点），一根电线，可以选择电磁频谱的波动，特别是在 7-9kHz 附近。这些波动会在导线中感应出小电压 +ve 或 -ve。我们可以使用 Arduino 的模拟引脚来挑选这些波动。

先决条件

• 2x10k 欧姆电阻

• 1 个 330 万欧姆电阻

• 4x 跳线

• 1x Arduino（我使用的是 Uno，但只要它可以在 16Mhz 下运行，任何其他的都可以工作）

• 简单的面包板

您可能已经知道，Arduino 板上的引脚允许电压介于 0v 和 5v 之间，任何低于 0v 和高于 5v 的内容都不会被读取，因此数据将丢失。更重要的是，低于 0v 的电压可能会损坏引脚。这会给我们带来一个小问题，因为电线中产生的电压会在 0v 以下和以上上下波动。为了解决这个问题，我们将引脚电压设置在 5v 范围的中间，即 2.5v，这将使用一个小技巧来实现，即分压器。这样做时，我们会将引脚设置为稳定的 2.5v，电压波动将以 2.5v 为起点，因此不会损坏或丢失数据。

电路非常简单，我们有 2 个 10k 欧姆电阻串联，从 5v（红线）到 GND（黑线），这基本上是分压器。然后在 2x 10k Ohm 电阻器之间连接一个 3.3M Ohm (MegaOhm) 电阻器。与 3.3M 欧姆电阻串联，将一根电线连接到 A4 针（蓝色线），这将在 A4 针上为我们提供 2.5v 电压。然后连接一根长约 6-8 英寸的电线，用作天线（绿线）。这应该只从一端连接，如上所示。

素描

这里是最难解释的部分。如上所述，我们需要从闪电中获取的频率大约为 7kHz，而要读取半体面的波，采样率必须是 4 倍，每个波长有 4 个读数。即每秒 28,000 个样本。

Arduino 模拟引脚每秒只能提供 9,600 个样本。使用该采样率，我们将只能以 2kHz 或更高的频率捕获波，这远远不够好。多亏了 ATMEGA 芯片，它可以配置为将 ADC 过程加快一定的倍数，同时保持良好的分辨率。这称为预分频器，可以通过代码进行配置。有许多预分频器分频因子，但我们将使用因子 16，理论上这将为我们提供 77kHz 的采样率。实际上，任何形式的计算都会降低这个采样率，因此我只能得到 46kHz 左右，这对于这个项目来说仍然非常好。

因此，继续前进，草图使用一个 512 字节的数组来存储来自引脚 A4 的电压阀。它不断读取引脚值并将其写入数组中的下一个位置。一旦检测到闪电，整个阵列就会通过串行端口发送。这可以在 Arduino IDE 中的图形绘图仪上绘制，也可以发送到另一个 Arduino 或 ESP8266 以在线发布数据。最好首先通过 Arduino IDE 对其进行监控，因此如果出现一些故障，可以在那里解决。

结果

以下是部分结果。

从 Github 获取源代码：https://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

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标签：Arduino Electromagenic EMF Lightning Sensor UNO VLF Weather

代码

Github