Arduino用の雷検知器

このプロジェクトについて

このチュートリアルでは、Arduino Uno、いくつかの抵抗器、およびいくつかのジャンパー線を使用して雷検知器を構築します。ほとんどの雷検知器は、通常の趣味で高額になることがよくありますが、これは、雷検知とその背後にある物理学を楽しむことができないという意味ではありません。このチュートリアルでは、驚くほど単純な回路を使用して、約10〜20 km離れた場所からの稲妻を検出できます。これは、最も印象的ではありません。目的は、Arduinoで雷を検出し、意味のある結果を生成するための簡単な回路を構築することです。

背景

落雷すると、さまざまな形で大量のエネルギーが放出されます。最も明白なのは光と音であり、後者は稲妻を取り巻く直接の粒子の温度上昇率の副産物であり、それが音を引き起こします。しかし、それだけではありません。雷は、VLF（超低周波）およびLF（低周波）の範囲（通常は3kHzから300kHzの範囲）で大量の電磁放射を放出します。 VLFとLFは、光波、WiFi波、および電子レンジ波に似ていますが、より低い周波数での動作が異なります。例えば。 WiFiは通常約2.4GHzで動作します。これは、毎秒24億回の振動です。 VLFとLFはより低い周波数で動作し、Arduinoを使用すると約7kHzの周波数をキャプチャできます。雷検出にこの種の放射線を使用する利点は、通常、この周波数付近で、雷に見られるような大きなバーストを発生させるものがないことです。電磁波であるため、光の速度で伝わります。つまり、センサーは、発生した雷を検出します（数マイクロ秒後）。私たちの小さなArduinoにはアンテナ（一種）があります。これは、特に7〜9kHz付近の電磁スペクトルの変動を拾うワイヤーです。これらの変動により、ワイヤに小さな電圧+ veまたは-veが発生します。 Arduinoのアナログピンを使用してこれらの変動を選択できます。

前提条件

• 2x10kオーム抵抗

• 1x3.3Mオーム抵抗

• 4xジャンパー線

• 1x Arduino（私はUnoを使用していますが、16Mhzで動作できる限り他のものでも動作します）

• シンプルにするためのブレッドボード

すでにご存知かもしれませんが、Arduinoボードのピンは0vから5vの間の電圧を許容し、0v未満と5vを超えるものは読み取られないため、データは失われます。さらに重要なことに、0v未満の電圧はピンを損傷する可能性があります。ワイヤで生成される電圧は0vの上下で変動するため、これは私たちにとって少し問題を引き起こします。この問題を解決するために、ピン電圧を5v範囲の中央の2.5vに設定します。これは、ちょっとしたトリックである分圧器を使用して実現します。そうすることで、ピンを安定した2.5vに設定し、電圧変動の起点は2.5vになるため、データの損傷や損失は発生しません。

回路は非常に単純で、5v（赤い線）からGND（黒い線）まで直列に2x 10kオームの抵抗があります。これは基本的に分圧器です。次に、3.3Mオーム（MegaOhm）抵抗が2x10kオーム抵抗の間に接続されます。 3.3Mオーム抵抗と直列にワイヤーをピンA4（青いワイヤー）に接続します。これにより、ピンA4で正確に2.5vが得られます。次に、長さが約6〜8インチのアンテナとして機能するワイヤー（緑色のワイヤー）を取り付けます。これは、上記のように一方の端からのみ接続する必要があります。

スケッチ

ここで説明するのが最も難しい部分があります。上記のように、雷から拾う必要のある周波数は約7kHzであり、半まともな波を読み取るには、サンプルレートを4倍にする必要があり、波長ごとに4つの読み取り値が得られます。つまり、1秒あたり28,000サンプルです。

Arduinoアナログピンは1秒あたり9,600サンプルしか提供できません。そのサンプルレートでは、2kHz以上の波しかキャプチャできません。これは決して良いことではありません。 ATMEGAチップのおかげで、優れた分解能を維持しながら、ADCプロセスを特定の係数で高速化するように構成できます。これはプリスケーラーと呼ばれ、コードを介して構成できます。プリスケーラの分割係数はいくつかありますが、理論的には77kHzのサンプリングレートが得られる係数16を使用します。実際には、どのような形式の計算でもこのサンプリングレートが低下するため、46kHz程度しか取得できませんでしたが、これはこのプロジェクトに非常に適しています。

したがって、先に進むと、スケッチは512バイトの配列を使用してピンA4からの電圧バルブを格納します。ピン値を常に読み取り、配列内の次の場所に書き込みます。雷が検出されるとすぐに、アレイ全体がシリアルポートを介して送信されます。これは、Arduino IDEのグラフプロッターにプロットするか、別のArduinoまたはESP8266に送信してデータをオンラインで公開することができます。最初はArduinoIDEを介して監視するのがおそらく最善です。そのため、問題が発生した場合は、そこで対処することができます。

結果

以下はいくつかの結果です。

Githubからソースコードを入手します：https：//github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

さらに詳しい説明が必要な場合は、以下にコメントしてください。

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コード

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