Un détecteur de foudre pour Arduino

À propos de ce projet

Dans ce tutoriel, nous allons construire un détecteur de foudre à l'aide d'un Arduino Uno, de quelques résistances et de quelques cavaliers. La plupart des détecteurs de foudre coûtent souvent trop cher pour l'amateur normal, mais cela ne signifie pas que l'on ne peut pas profiter de la détection de la foudre et de la physique qui la sous-tend. Dans ce tutoriel, à l'aide d'un circuit étonnamment simple, nous pourrons détecter des éclairs à environ 10-20 km de distance, ce qui est pour le moins impressionnant. L'objectif est de construire un circuit simple pour détecter les éclairs avec un Arduino et produire des résultats significatifs.

Contexte

Lorsqu'un éclair frappe, une énorme quantité d'énergie est libérée sous différentes formes. Les plus évidents sont la lumière et le son, ce dernier étant un sous-produit du taux d'augmentation de la température des particules immédiates entourant l'éclair, qui provoque alors le son. Mais ce n'est pas tout. Les éclairs émettent une grande quantité de rayonnement électromagnétique dans la plage VLF (très basse fréquence) et LF (basse fréquence), allant généralement de 3 kHz à 300 kHz. VLF et LF sont similaires aux ondes lumineuses, vos ondes WiFi et aussi les ondes de votre four à micro-ondes, mais avec la différence de fonctionner à des fréquences plus basses. par exemple. Le WiFi fonctionne normalement à environ 2,4 GHz, soit 2,4 milliards d'oscillations par seconde. VLF et LF fonctionnent à des fréquences plus basses, et avec un Arduino, nous pouvons capturer des fréquences autour de 7 kHz. Les avantages de l'utilisation de ce type de rayonnement pour la détection de la foudre sont que normalement rien ne produit de grandes rafales comme on le voit dans les éclairs, autour de cette fréquence ; et étant une onde électromagnétique, elle se déplace à la vitesse de la lumière, ce qui signifie que le capteur détectera les éclairs au fur et à mesure qu'ils se produisent (quelques micro secondes après). Notre petit Arduino aura une antenne (en quelque sorte), un morceau de fil qui captera les fluctuations du spectre électromagnétique spécifiquement autour des 7-9 kHz. Ces fluctuations induiront une petite tension +ve ou -ve dans le fil. Nous pouvons détecter ces fluctuations à l'aide des broches analogiques d'Arduino.

Prérequis

• Résistance 2x10k Ohms

• 1 résistance 3,3 M Ohms

• 4 câbles de raccordement

• 1x Arduino (j'utilise Uno mais tout autre fonctionnera tant qu'il peut fonctionner à 16Mhz)

• Planche à pain pour plus de simplicité

Comme vous le savez peut-être déjà, les broches de la carte Arduino permettent des tensions entre 0v et 5v, tout ce qui est inférieur à 0v et supérieur à 5v ne sera pas lu, par conséquent les données seront perdues. Plus important encore, les tensions inférieures à 0v endommageront potentiellement la broche. Cela nous créera un petit problème car les tensions produites dans le fil fluctuent en dessous et au-dessus de 0v. Pour résoudre ce problème, nous réglons la tension de la broche au milieu de la plage 5v, à 2,5v et cela sera accompli en utilisant une petite astuce, un diviseur de tension. Ce faisant, nous réglerons la broche sur une tension constante de 2,5 V et les fluctuations de tension auront une origine de 2,5 V, donc aucun dommage ni perte de données.

Le circuit est assez simple, nous avons 2 résistances de 10k Ohm en série de 5v (fil rouge) à GND (fil noir), il s'agit essentiellement du diviseur de tension. Ensuite, une résistance de 3,3M Ohm (MegaOhm) est connectée entre la résistance 2x 10k Ohm. En série avec la résistance de 3,3 M Ohm, attachez un fil à la broche A4 (fil bleu), cela nous donnera exactement 2,5 V sur la broche A4. Ensuite, attachez un fil qui servira d'antenne (fil vert) d'environ 6 à 8 pouces de longueur. Celui-ci doit être connecté à une seule extrémité, comme indiqué ci-dessus.

Croquis

Voici la partie la plus difficile à expliquer. Comme mentionné ci-dessus, la fréquence dont nous avons besoin pour capter les éclairs est d'environ 7 kHz et pour lire une onde semi-décente, la fréquence d'échantillonnage doit être 4 fois plus élevée, ce qui nous donne 4 lectures par longueur d'onde. C'est-à-dire 28 000 échantillons par seconde.

Les broches analogiques Arduino ne peuvent nous donner que 9 600 échantillons par seconde. Avec ce taux d'échantillonnage, nous ne pourrons capturer des ondes qu'à 2 kHz ou un peu plus, ce qui est loin d'être bon. Grâce à la puce ATMEGA, il peut être configuré pour accélérer le processus ADC d'un certain facteur, tout en conservant une bonne résolution. C'est ce qu'on appelle le prescaler, et peut être configuré par code. Il existe un certain nombre de facteurs de division de prescaler, mais nous utiliserons le facteur 16 qui, en théorie, nous donnera un taux d'échantillonnage de 77 kHz. En pratique, toute forme de calcul abaissera ce taux d'échantillonnage, je n'ai donc pu obtenir qu'environ 46 kHz, ce qui est toujours très bon pour ce projet.

Pour aller de l'avant, l'esquisse utilise un tableau de 512 octets pour stocker les valves de tension de la broche A4. Il lit constamment la valeur de la broche et l'écrit à l'emplacement suivant dans le tableau. Dès qu'un éclair est détecté, l'ensemble du réseau est envoyé sur le port série. Cela peut être tracé sur le traceur graphique dans Arduino IDE ou peut-être envoyé à un autre Arduino ou ESP8266 pour publier les données en ligne. Il est probablement préférable de le surveiller via l'IDE Arduino au début, donc s'il y a des problèmes, ils peuvent être résolus sur place.

Résultats

Voici quelques résultats.

Récupérez le code source sur Github :https://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector

N'hésitez pas à commenter ci-dessous si vous avez besoin de précisions supplémentaires.

Mots clés :Arduino Electromagenetic EMF Lightning Sensor UNO VLF Weather

Code

Github