Détection d'éclairs avec Raspberry Pi et AS3935 : Guide pratique

La foudre peut être détectée grâce à l'impulsion électromagnétique générée par un éclair. Le capteur AS3935 Franklin Lightning Sensor IC d'ams (Austria Mikro Systeme) offre une solution fiable et peu coûteuse capable de détecter les éclairs jusqu'à 40 km, de filtrer les parasites électriques et de différencier les éclairs nuage-sol des éclairs intra-nuageux. Dans ce tutoriel, nous vous montrons comment intégrer l'AS3935 à un Raspberry Pi via I2C, calibrer l'antenne et accéder aux données du capteur via une bibliothèque Python prête à l'emploi.

Pourquoi l'AS3935 ?

La puce contient un algorithme exclusif qui élimine les interférences d'origine humaine et estime la distance de l'orage. Elle prend en charge des seuils de détection programmables, l'accord d'antenne et peut être interfacée via SPI ou I2C. Son boîtier MLPQ‑16 de 4 × 4 mm est compact, et la carte d'évaluation MOD‑1016 d'Embedded Adventures simplifie le câblage en fournissant des résistances de tirage, un décalage de niveau et une interface I2C pratique.

Vue d'ensemble du matériel

• Raspberry Pi – Logique GPIO 3,3 V compatible avec l'alimentation 2,4–5,5 V de l'AS3935.
• Carte MOD‑1016 – Préconfigurée pour I2C ; peut basculer en SPI via deux jumpers à souder.
• Extras optionnels – Capteur barométrique (MS5611) ou FTDI Friend pour le débogage série.

L'AS3935 ne nécessite qu'une ligne d'alimentation, une masse, deux lignes I2C (SDA et SCL) et une broche d'interruption (IRQ). En utilisant une plaque d'essai et un Cobbler Raspberry Pi d'Adafruit, le câblage est simple :

Broche MOD‑1016	Connexion Pi
GND	Masse (n'importe quelle broche GND)
VCC	3,3 V (Broche 1)
IRQ	GPIO 17 (Broche 11)
SCL	SCL (Broche 5)
SDA	SDA (Broche 3)

Lors de l'utilisation d'I2C, rappelez-vous que le bus est conçu pour la communication courte portée ; la spécification limite la capacitance du bus à 400 pF, ce qui confine généralement le câblage efficace à quelques mètres. Si des liaisons plus longues sont nécessaires, envisagez un extenseur I2C ou réduisez la vitesse d'horloge. Pour faire passer les lignes I2C sur paires torsadées, utilisez des paires séparées pour SDA et SCL et reliez le fil inutilisé de chaque paire à la masse pour réduire la diaphonie.

Avant de connecter le matériel, activez I2C sur votre Pi :

sudo apt-get install python-smbus i2c-tools
sudo modprobe i2c-bcm2708
sudo modprobe i2c-dev
echo "i2c-bcm2708 i2c-dev" | sudo tee -a /etc/modules

Avec le circuit assemblé, vérifiez le bus avec i2cdetect. Sur un Pi avec un bus I2C plus récent (bus 1), vous lancerez :

sudo i2cdetect -y 1

La sortie doit montrer l'AS3935 à l'adresse 0x03 et tout autre périphérique I2C, comme le MS5611 à 0x76 :

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00: 03 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- 76 --

Pour communiquer avec le capteur, vous devez lire et écrire ses registres internes. Les registres agissent comme des commutateurs DIP numériques ; la définition de bits spécifiques configure le capteur ou réinitialise des compteurs internes. La fiche technique de l'AS3935 répertorie toutes les adresses de registres et les fonctions de bits. Bien que la manipulation de bas niveau soit possible avec i2cget, i2cdump et i2cset, une bibliothèque Python de haut niveau simplifie le processus. La bibliothèque RaspberryPi-AS3935 de Phil Fenstermacher fournit des méthodes pratiques et un script de démonstration pour démarrer. Installez-la via pip ou depuis le dépôt GitHub, puis explorez RPi_AS3935.py pour les commandes disponibles.

La calibration est cruciale car l'AS3935 utilise une antenne RLC parallèle accordée à 500 kHz ± 3,5 %. La puce inclut un condensateur d'accord interne de 120 pF activable par pas de 8 pF. La carte MOD‑1016 indique la valeur du condensateur d'accord externe sur son sachet antistatique, vous pouvez donc simplement appeler la méthode calibrate() de la bibliothèque avec cette valeur. Pour des détails plus approfondis sur la conception d'antenne, consultez le Guide de conception matériel AS3935 AMS.

Une fois le capteur calibré, vous pouvez commencer à collecter des données sur les éclairs, journaliser la distance des orages et même déclencher des alertes lorsqu'un éclair est détecté dans votre rayon défini. Ce projet est une excellente introduction à l'I2C, à l'interfaçage de capteurs et au traitement de signaux réel.