Detector de relâmpago pessoal: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Neste projeto, criaremos um pequeno dispositivo que o alerta sobre quedas de raios nas proximidades. O custo total de todos os materiais neste projeto será mais barato do que comprar um detector de raios comercial, e você poderá aprimorar suas habilidades de criação de circuitos no processo!

O sensor utilizado neste projeto pode detectar quedas de raios até 40 km de distância, e também é capaz de determinar a distância de uma queda com uma tolerância de 4 km. Embora este seja um sensor confiável, você nunca deve depender dele para alertá-lo sobre quedas de raios se estiver ao ar livre. Seu próprio circuito manual não será tão confiável quanto um detector de raios comercial.

Este projeto é baseado no sensor de raios AS3935 IC, com um circuito portador da DFRobot. Ele detecta a radiação eletromagnética característica dos raios e usa um algoritmo especial para converter essas informações em uma medida de distância.

Suprimentos

Este projeto requer apenas algumas partes. As informações são enviadas ao usuário por meio de uma campainha piezoelétrica e o circuito é alimentado por uma bateria de polímero de íon de lítio. Abaixo está uma lista completa de todas as peças:

• DFRobot Lightning Sensor
• DFRobot Beetle
• Carregador DFRobot LiPoly
• Piezo Buzzer (só precisa de um - muitos tipos diferentes funcionam)
• 500 mAh LiPoly (qualquer 3,7 V LiPoly funcionará)
• Interruptor deslizante (qualquer interruptor pequeno funcionará)

Além desses itens, você vai querer as seguintes ferramentas / itens:

• Ferro de solda
• Solda
• Fio de conexão
• Decapantes de arame
• Pistola de cola quente

Também detalho o processo de criação de uma caixa impressa em 3D para este projeto. Se você não tiver uma impressora 3D, operar o dispositivo sem um case ainda está bem.

Etapa 1: O circuito

Como há um número relativamente pequeno de peças nesta construção, o circuito não é particularmente complicado. As únicas linhas de dados são as linhas SCL e SDA para o sensor de raios e uma conexão para a campainha. O dispositivo é alimentado por uma bateria de polímero de íon de lítio, então decidi integrar também um carregador de lipólise ao circuito.

A imagem acima mostra todo o circuito. Observe que a conexão entre a bateria Lipoly e o carregador de bateria Lipoly é feita por meio dos conectores JST macho / fêmea e não requer solda. Veja o vídeo no início deste projeto para mais detalhes sobre o circuito.

Etapa 2: montagem do circuito

Este dispositivo é um ótimo candidato para uma técnica de montagem de circuito conhecida como formação livre. Em vez de afixar as peças neste projeto a um substrato, como uma perfboard, iremos apenas conectar tudo com fios. Isso torna o projeto muito menor e um pouco mais rápido de montar, mas geralmente produz resultados menos agradáveis esteticamente. Gosto de cobrir meus circuitos de forma livre com uma caixa impressa em 3D no final. O vídeo no início deste projeto detalha o processo de formação livre, mas também irei repassar todas as etapas que realizei textualmente.

Primeiros passos

A primeira coisa que fiz foi retirar os blocos de terminais verdes do carregador de lipólise. Eles não são necessários e ocupam espaço. Em seguida, conectei os terminais "+" e "-" do carregador lipoly aos terminais "+" e "-" na frente do fusca. Isso alimenta a tensão bruta da bateria lipoly diretamente no microcontrolador. O Beetle precisa tecnicamente de 5 V, mas ainda funcionará com cerca de 4 V da lipólise.

Fiação do sensor de relâmpago

Em seguida, cortei o cabo de 4 pinos incluído de forma que restassem cerca de cinco centímetros de fio. Tirei as pontas, conectei o cabo ao sensor de raios e fiz as seguintes conexões:

• "+" no sensor de relâmpago para "+" no fusca
• "-" no sensor de relâmpago para "-" no Fusca
• "C" no sensor de relâmpago para o pad "SCL" no Fusca
• "D" no sensor de relâmpago para o teclado "SDA" no Beetle

Eu também conectei o pino IRQ no sensor de relâmpago ao pad RX no Beetle. Essa conexão precisava ir para uma interrupção de hardware no Beetle, e o pad RX (pino 0) era o único pino com capacidade de interrupção restante.

Conectando a campainha

Eu conectei o fio curto da campainha ao terminal "-" no Fusca (terra), e o fio longo ao pino 11. O pino de sinal da campainha deve ser conectado a um pino PWM para versatilidade máxima, que é o pino 11.

Trocando a bateria

A última coisa necessária é adicionar um interruptor embutido à bateria para ligar e desligar o projeto. Para fazer isso, primeiro soldei dois fios aos terminais adjacentes do switch. Fixei com cola quente, pois as conexões do switch são frágeis. Em seguida, cortei o fio vermelho da bateria mais ou menos na metade e soldei os fios saindo da chave em cada extremidade. Certifique-se de cobrir as seções expostas do fio com tubo termorretrátil ou cola quente, pois eles podem entrar facilmente em contato com um dos fios terra e causar um curto. Depois de adicionar a chave, você pode conectar a bateria ao carregador de bateria.

Dobrando tudo em

A última etapa é pegar a bagunça desajeitada de fios e componentes e torná-la apresentável. Esta é uma tarefa delicada, pois você quer ter certeza de não quebrar nenhum fio. Comecei colando a quente o carregador de lipoly na parte superior da bateria de lipoly. Em seguida, colei o Fusca em cima disso e, finalmente, colei o sensor de relâmpago bem no topo. Deixei a campainha para sentar ao lado, conforme mostrado na imagem acima. O resultado final é uma pilha de placas com fios espalhados por toda parte. Também deixei os terminais do switch rodando livremente, já que mais tarde desejo integrá-los em uma caixa impressa em 3D.

Etapa 3: Programação

O software para este circuito é simples no momento, mas é altamente personalizável para atender às suas necessidades. Quando o dispositivo detecta um raio, primeiro emite um bipe várias vezes para alertá-lo de que o raio está próximo e, em seguida, bipa um determinado número de vezes correspondente à distância do raio. Se o raio estiver a menos de 10 quilômetros de distância, o dispositivo emitirá um bipe longo. Se estiver a mais de 10 km de você, o dispositivo irá dividir a distância por dez, arredondá-la e bipar várias vezes. Por exemplo, se um raio cair a 26 km de distância, o dispositivo emitirá três bipes.

Todo o software gira em torno de interrupções do sensor de raios. Quando um evento é detectado, o sensor de relâmpago envia o pino IRQ alto, o que dispara uma interrupção no microcontrolador. O sensor também pode enviar interrupções para eventos não relacionados a raios, como se o nível de ruído for muito alto. Se a interferência / ruído for muito alto, você precisará afastar o dispositivo de todos os componentes eletrônicos. A radiação eletromagnética proveniente desses dispositivos pode facilmente diminuir a radiação eletromagnética comparativamente fraca de um raio distante.

Para programar o microcontrolador, você pode utilizar o Arduino IDE - certifique-se de que a seleção da placa esteja definida como "Leonardo". Você também precisará baixar e instalar a biblioteca do sensor de relâmpago. Você pode encontrar isso aqui.

Etapa 4: caixa impressa em 3D

Eu modelei um caso para meu dispositivo. Seu circuito de forma livre provavelmente terá dimensões diferentes, mas tentei deixar meu gabinete grande o suficiente para que muitos designs diferentes ainda possam caber nele. Você pode baixar os arquivos aqui e depois imprimi-los. A parte superior da caixa se encaixa na parte inferior, portanto, nenhuma peça especial é necessária para a caixa.

Você também pode tentar fazer um modelo do seu próprio dispositivo e criar uma caixa para ele. Eu detalho esse processo no vídeo no início deste projeto, mas as etapas básicas a serem seguidas são as seguintes:

1. Capture as dimensões do seu dispositivo
2. Modele seu dispositivo em um programa CAD (eu gosto do Fusion 360 - os alunos podem obtê-lo gratuitamente)
3. Crie um caso deslocando um perfil do modelo do dispositivo. Uma tolerância de 2 mm geralmente funciona bem.

Etapa 5: usando seu dispositivo e muito mais

Parabéns, agora você deve ter um detector de raios totalmente funcional! Antes de usar o dispositivo de verdade, recomendo esperar até que haja uma tempestade ao seu redor para ter certeza de que o dispositivo é realmente capaz de detectar relâmpagos. O meu funcionou na primeira tentativa, mas não sei a confiabilidade desse sensor.

Carregar o dispositivo é simples - você pode simplesmente conectar um cabo micro-USB ao carregador lipoly até que a luz de carregamento fique verde. Certifique-se de que o dispositivo esteja ligado enquanto você o carrega, ou nenhuma energia irá para a bateria! Eu também recomendo mudar os bipes para algo que você goste mais; você pode usar a biblioteca Tone.h para gerar notas mais agradáveis.

Deixe-me saber nos comentários se você tiver qualquer problema ou dúvida. Para ver mais de meus projetos, visite meu site www. AlexWulff.com.