Máy dò sét cá nhân: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Trong dự án này, chúng tôi sẽ tạo ra một thiết bị nhỏ để cảnh báo bạn về các tia sét gần đó. Tổng chi phí của tất cả các vật liệu trong dự án này sẽ rẻ hơn so với việc mua một máy dò sét thương mại và bạn sẽ trau dồi kỹ năng tạo mạch của mình trong quá trình này!

Cảm biến được sử dụng trong dự án này có thể phát hiện các tia sét cách xa tới 40 km và cũng có khả năng xác định khoảng cách của một tia sét trong phạm vi cho phép là 4 km. Mặc dù đây là một cảm biến đáng tin cậy, nhưng bạn không bao giờ nên phụ thuộc vào nó để cảnh báo bạn về sét đánh nếu bạn đang ở ngoài trời. Quy trình chế tạo mạch điện của chính bạn sẽ không đáng tin cậy như thiết bị dò sét thương mại.

Dự án này dựa trên IC cảm biến sét AS3935, với mạch sóng mang từ DFRobot. Nó phát hiện bức xạ điện từ đặc trưng của sét và sử dụng một thuật toán đặc biệt để chuyển đổi thông tin này thành một phép đo khoảng cách.

Quân nhu

Dự án này chỉ yêu cầu một vài phần. Thông tin được xuất cho người dùng thông qua bộ rung piezo và mạch được cấp nguồn qua pin lithium ion polymer. Dưới đây là danh sách đầy đủ của tất cả các bộ phận:

• DFRobot Lightning Sensor
• Bọ cánh cứng DFRobot
• Bộ sạc DFRobot LiPoly
• Piezo Buzzer (chỉ cần một - nhiều loại khác nhau hoạt động)
• 500 mAh LiPoly (LiPoly 3.7V bất kỳ sẽ hoạt động)
• Công tắc trượt (bất kỳ công tắc nhỏ nào cũng sẽ hoạt động)

Ngoài các mục này, bạn sẽ cần các công cụ / mục sau:

• Hàn sắt
• Hàn
• Trèo lên dây
• Dụng cụ tuốt dây
• Súng bắn keo nóng

Tôi cũng trình bày chi tiết quá trình tạo vỏ máy in 3D cho dự án này. Nếu bạn không có máy in 3D, vận hành thiết bị mà không cần hộp đựng vẫn ổn.

Bước 1: Mạch

Vì có một số lượng tương đối nhỏ các bộ phận trong bản dựng này, nên mạch không quá phức tạp. Các đường dữ liệu duy nhất là các đường SCL và SDA cho cảm biến sét và một kết nối cho bộ rung. Thiết bị được cung cấp bởi pin lithium ion polymer, vì vậy tôi quyết định tích hợp một bộ sạc lipoly vào mạch.

Hình ảnh trên mô tả toàn bộ mạch. Lưu ý rằng kết nối giữa pin lipoly và bộ sạc pin lipoly thông qua các đầu nối JST đực / cái và không yêu cầu hàn. Xem video ở đầu dự án này để biết thêm chi tiết về mạch.

Bước 2: Lắp ráp mạch

Thiết bị này là một ứng cử viên sáng giá cho kỹ thuật lắp ráp mạch được gọi là tạo hình tự do. Thay vì gắn các bộ phận trong dự án này vào một chất nền chẳng hạn như bảng điều khiển, thay vào đó chúng tôi sẽ chỉ kết nối mọi thứ bằng dây. Điều này làm cho dự án nhỏ hơn nhiều và lắp ráp nhanh hơn một chút, nhưng nhìn chung tạo ra kết quả kém thẩm mỹ hơn. Tôi muốn che các mạch được tạo hình tự do của mình bằng một hộp in 3D ở cuối. Video ở phần đầu của dự án này trình bày chi tiết quá trình hình thành tự do, nhưng tôi cũng sẽ xem lại tất cả các bước mà tôi đã thực hiện theo văn bản.

Những bước đầu tiên

Điều đầu tiên tôi làm là làm nguội các khối thiết bị đầu cuối màu xanh lá cây khỏi bộ sạc lipoly. Những thứ này không cần thiết và chiếm dung lượng. Sau đó, tôi kết nối các cực "+" và "-" của bộ sạc lipoly với các cực "+" và "-" ở phía trước của Beetle. Điều này cung cấp điện áp thô của pin lipoly vào thẳng bộ vi điều khiển. Về mặt kỹ thuật, Beetle cần 5V, nhưng nó vẫn sẽ hoạt động trên khoảng 4V từ chất lipoly.

Nối dây cảm biến sét

Sau đó, tôi cắt cáp 4 chân đi kèm sao cho còn lại khoảng hai inch dây. Tôi tước các đầu, cắm cáp vào cảm biến sét và thực hiện các kết nối sau:

• "+" trên cảm biến sét thành "+" trên Beetle
• "-" trên cảm biến sét thành "-" trên Beetle
• "C" trên cảm biến tia sét đến bàn phím "SCL" trên Beetle
• "D" trên cảm biến tia chớp đến bàn phím "SDA" trên Beetle

Tôi cũng đã kết nối chân IRQ trên cảm biến sét với đệm RX trên Beetle. Kết nối này cần thiết để đi đến ngắt phần cứng trên Beetle, và đệm RX (chân 0) là chân duy nhất có khả năng ngắt còn lại.

Đấu dây Buzzer

Tôi đã kết nối dây dẫn ngắn của bộ rung với thiết bị đầu cuối "-" trên Beetle (nối đất) và dây dẫn dài với chân 11. Chân tín hiệu của bộ rung phải được kết nối với chân PWM để có tính linh hoạt tối đa, chân 11 là.

Chuyển đổi pin

Điều cuối cùng cần thiết là thêm một công tắc nội tuyến vào pin để bật và tắt dự án. Để làm điều này, đầu tiên tôi hàn hai dây vào các thiết bị đầu cuối liền kề trên công tắc. Tôi đã cố định chúng tại chỗ bằng keo nóng, vì các kết nối của công tắc rất dễ vỡ. Sau đó, tôi cắt dây màu đỏ trên pin xuống khoảng một nửa và hàn các dây dẫn ra khỏi công tắc vào mỗi đầu. Đảm bảo bạn che các đoạn dây lộ ra ngoài bằng ống co nhiệt hoặc keo nóng, vì chúng có thể dễ dàng tiếp xúc với một trong các dây nối đất và gây chập. Sau khi thêm công tắc, bạn có thể cắm pin vào bộ sạc pin.

Gấp mọi thứ vào

Bước cuối cùng là loại bỏ mớ dây điện và linh kiện lộn xộn và làm cho nó trông có phần trang nhã. Đây là một nhiệm vụ tinh tế, vì bạn muốn chắc chắn rằng bạn không làm đứt bất kỳ dây nào. Đầu tiên tôi bắt đầu bằng cách dán nóng bộ sạc lipoly vào đầu pin lipoly. Sau đó, tôi dán Beetle lên trên đó, và cuối cùng dán cảm biến sét ở trên cùng. Tôi để bộ rung sang một bên, như thể hiện trong hình trên. Kết quả cuối cùng là một chồng bảng có dây chạy xuyên suốt. Tôi cũng để các dây dẫn của công tắc chạy tự do, vì sau này tôi muốn tích hợp chúng vào một vỏ máy in 3D.

Bước 3: Lập trình

Phần mềm cho mạch này hiện tại rất đơn giản nhưng có thể tùy chỉnh nhiều để phù hợp với nhu cầu của bạn. Khi thiết bị phát hiện ra tia sét, đầu tiên nó sẽ phát ra tiếng bíp nhiều lần để cảnh báo bạn rằng có tia sét ở gần, sau đó sẽ phát ra tiếng bíp một số lần nhất định tương ứng với khoảng cách của tia sét. Nếu tia sét cách xa dưới 10 km, thiết bị sẽ phát ra một tiếng bíp dài. Nếu cách bạn hơn 10 km, thiết bị sẽ chia khoảng cách cho mười, làm tròn và phát ra tiếng bíp nhiều lần. Ví dụ, nếu sét đánh cách xa 26 km, thiết bị sẽ phát ra tiếng bíp ba lần.

Toàn bộ phần mềm xoay quanh các ngắt từ cảm biến sét. Khi một sự kiện được phát hiện, cảm biến sét sẽ đưa chân IRQ lên cao, điều này sẽ kích hoạt ngắt trong bộ vi điều khiển. Cảm biến cũng có thể gửi ngắt cho các sự kiện không phải sét, chẳng hạn như nếu mức độ tiếng ồn quá cao. Nếu nhiễu / nhiễu quá cao, bạn cần phải di chuyển thiết bị ra xa bất kỳ thiết bị điện tử nào. Bức xạ điện từ phát ra từ các thiết bị này có thể dễ dàng làm nhỏ bức xạ điện từ tương đối yếu từ một vụ sét đánh ở xa.

Để lập trình vi điều khiển, bạn có thể sử dụng Arduino IDE - đảm bảo rằng lựa chọn bảng được đặt thành "Leonardo". Bạn cũng sẽ cần tải xuống và cài đặt thư viện cho cảm biến sét. Bạn có thể tìm thấy điều này ở đây.

Bước 4: Vỏ in 3D

Tôi đã mô hình một trường hợp cho thiết bị của mình. Mạch dạng tự do của bạn có thể sẽ có các kích thước khác nhau, nhưng tôi đã cố gắng làm cho vỏ của mình đủ lớn để nhiều thiết kế khác nhau vẫn có thể phù hợp với nó. Bạn có thể tải xuống các tệp tại đây, sau đó in chúng ra. Phần trên của trường hợp dính vào phía dưới, vì vậy không cần bộ phận đặc biệt nào cho vỏ.

Bạn cũng có thể thử tạo một mô hình thiết bị của riêng mình và tạo vỏ cho thiết bị đó. Tôi trình bày chi tiết quá trình này trong video ở phần đầu của dự án này, nhưng các bước cơ bản cần làm theo như sau:

1. Nắm bắt các kích thước của thiết bị của bạn
2. Lập mô hình thiết bị của bạn trong một chương trình CAD (Tôi thích Fusion 360 - sinh viên có thể lấy nó miễn phí)
3. Tạo một trường hợp bằng cách bù đắp một cấu hình khỏi mô hình thiết bị. Dung sai 2 mm thường hoạt động tốt.

Bước 5: Sử dụng thiết bị của bạn và hơn thế nữa

Xin chúc mừng, bây giờ bạn sẽ có một máy dò sét hoạt động đầy đủ! Trước khi sử dụng thiết bị thực sự, tôi khuyên bạn nên đợi cho đến khi có giông bão xung quanh bạn để đảm bảo rằng thiết bị thực sự có khả năng phát hiện sét. Của tôi đã hoạt động trong lần thử đầu tiên, nhưng tôi không biết độ tin cậy của cảm biến này.

Việc sạc thiết bị rất đơn giản - bạn có thể chỉ cần cắm cáp micro-USB vào bộ sạc lipoly cho đến khi đèn sạc chuyển sang màu xanh lục. Đảm bảo rằng thiết bị được bật trong khi bạn sạc, nếu không pin sẽ không có điện! Tôi cũng khuyên bạn nên thay đổi tiếng bíp thành thứ gì đó mà bạn thích hơn; bạn có thể sử dụng thư viện Tone.h để tạo ra các ghi chú có âm thanh dễ chịu hơn.

Hãy cho tôi biết trong phần bình luận nếu bạn có bất kỳ vấn đề hoặc câu hỏi nào. Để xem thêm các dự án của tôi, hãy xem trang web của tôi www. AlexWulff.com.