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Arduino的闪电探测器
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描述
在本教程中，我们将使用 Arduino Uno、一些电阻器和一些跳线构建一个闪电探测器。对于普通爱好者来说，大多数闪电探测器的成本通常很高，但这并不意味着人们不能享受闪电探测及其背后的物理原理。在本教程中，使用一个非常简单的电路，我们将能够检测到大约 10-20 公里外的闪电，也就是说最不令人印象深刻。目的是构建一个简单的电路，用 Arduino 检测闪电并产生有意义的结果。
背景
当雷击时，大量的能量以不同的形式释放出来。最明显的是光和声音，后者是闪电周围的直接粒子温度升高速率的副产品，然后产生声音。但是，这还不是全部。闪电在 VLF（极低频）和 LF（低频）范围内发射大量电磁辐射，通常范围为 3kHz 至 300kHz。VLF 和 LF 类似于光波、您的 WiFi 波以及您的微波炉波，但不同的是在较低频率下工作。例如。WiFi 通常在 2.4GHz 左右运行，即每秒 24 亿次振荡。VLF 和 LF 在较低频率下运行，使用 Arduino，我们可以捕获 7kHz 左右的频率。使用这种辐射进行闪电探测的优点是，在这个频率附近，通常没有任何东西会发出闪电中所见的大爆发。作为一种电磁波，它以光速传播，这意味着传感器会在闪电发生时检测到闪电（几微秒后）。
先决条件
- 2x10k 欧姆电阻
- 1x 3.3M 欧姆电阻
- 4x 跳线
- 1x Arduino（我正在使用 Uno，但只要它可以在 16Mhz 下运行，任何其他都可以工作）
- 为简单起见的面包板
您可能已经知道，Arduino 板上的引脚允许 0v 和 5v 之间的电压，任何低于 0v 和高于 5v 的电压都不会被读取，因此数据会丢失。更重要的是，低于 0v 的电压可能会损坏引脚。这会给我们带来一个小问题，因为电线中产生的电压会在 0v 以下和以上波动。为了解决这个问题，我们将引脚电压设置在 5v 范围的中间，即 2.5v，这将通过一个小技巧来实现，即分压器。在此过程中，我们将引脚设置为稳定的 2.5v，电压波动的来源为 2.5v，因此不会损坏或丢失数据。
电路非常简单，我们有 2x 10k Ohm 电阻串联从 5v（红线）到 GND（黑线），这基本上是分压器。然后在 2x 10k Ohm 电阻之间连接一个 3.3M Ohm (MegaOhm) 电阻。与 3.3M 欧姆电阻串联，将导线连接到引脚 A4（蓝线），这将在引脚 A4 上为我们提供正好 2.5v 的电压。然后连接一根长约 6-8 英寸的用作天线（绿线）的电线。这应该仅从一端连接，如上所示。
草图
这是最难解释的部分。如上所述，我们需要从闪电中获取的频率约为 7kHz，要读取半体面的波，采样率必须是 4 倍，每个波长有 4 个读数。也就是说，每秒 28,000 个样本。
Arduino 模拟引脚每秒只能为我们提供 9,600 个样本。使用该采样率，我们将只能捕获 2kHz 或更高的波，这远非好。得益于 ATMEGA 芯片，它可以配置为将 ADC 处理速度提高一定的因子，同时保持良好的分辨率。这称为预分频器，可以通过代码进行配置。有许多预分频器分频因子，但我们将使用因子 16，理论上这将为我们提供 77kHz 的采样率。在实践中，任何形式的计算都会降低这个采样率，因此我只能得到 46kHz 左右，这对于这个项目来说仍然非常好。
因此，向前推进，草图使用 512 字节数组来存储来自引脚 A4 的电压阀。它不断地读取引脚值并将其写入数组中的下一个位置。一旦检测到闪电，整个阵列就会通过串行端口发送。这可以在 Arduino IDE 中的绘图仪上绘制，也可以发送到另一个 Arduino 或 ESP8266 以在线发布数据。最好首先通过 Arduino IDE 对其进行监控，因此如果有一些故障，可以在此解决。
结果
以下是一些结果。
从 Github 获取源代码：https ://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector
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