كاشف البرق الشخصي: 5 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

في هذا المشروع ، سننشئ جهازًا صغيرًا ينبهك إلى ضربات البرق القريبة. ستكون التكلفة الإجمالية لجميع المواد في هذا المشروع أرخص من شراء كاشف البرق التجاري ، وستتمكن من صقل مهاراتك في صنع الدوائر في هذه العملية!

يمكن لجهاز الاستشعار المستخدم في هذا المشروع اكتشاف ضربات البرق على بعد 40 كم ، كما أنه قادر على تحديد مسافة الضربة في نطاق تفاوت 4 كم. في حين أن هذا جهاز استشعار موثوق به ، يجب ألا تعتمد عليه أبدًا لتحذيرك من الصواعق إذا كنت بالخارج. لن يكون العمل اليدوي الخاص بالدائرة موثوقًا به مثل كاشف الصواعق التجاري.

يعتمد هذا المشروع على مستشعر البرق AS3935 IC ، مع دائرة حاملة من DFRobot. يكتشف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يميز البرق ويستخدم خوارزمية خاصة لتحويل هذه المعلومات إلى قياس المسافة.

اللوازم

هذا المشروع لا يتطلب سوى أجزاء قليلة. يتم إخراج المعلومات إلى المستخدم عبر جرس بيزو ، ويتم تشغيل الدائرة من خلال بطارية ليثيوم أيون بوليمر. فيما يلي قائمة كاملة بجميع الأجزاء:

• DFRobot مستشعر البرق
• DFRobot Beetle
• شاحن DFRobot LiPoly
• Piezo Buzzer (تحتاج إلى واحد فقط - العديد من الأنواع المختلفة تعمل)
• 500 مللي أمبير LiPoly (أي 3.7V LiPoly سيعمل)
• مفتاح الشريحة (أي مفتاح صغير سيعمل)

بالإضافة إلى هذه العناصر ، ستحتاج إلى الأدوات / العناصر التالية:

• لحام حديد
• جندى
• وصل الأسلاك
• قواطع الأسلاك
• مسدس الغراء الساخن

أفصّل أيضًا عملية إنشاء حالة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لهذا المشروع. إذا لم يكن لديك طابعة ثلاثية الأبعاد ، فلا يزال تشغيل الجهاز بدون غلاف أمراً جيدًا.

الخطوة 1: الدائرة

نظرًا لوجود عدد صغير نسبيًا من الأجزاء في هذا البناء ، فإن الدائرة ليست معقدة بشكل خاص. خطوط البيانات الوحيدة هي خطوط SCL و SDA لمستشعر البرق ووصلة واحدة للجرس. يعمل الجهاز ببطارية ليثيوم أيون بوليمر ، لذلك قررت أيضًا دمج شاحن ليبولي في الدائرة.

الصورة أعلاه تصور الدائرة بأكملها. لاحظ أن الاتصال بين البطارية الشحمية وشاحن البطارية الشحمي يتم عبر موصلات ذكر / أنثى JST ولا يتطلب لحام. شاهد الفيديو في بداية هذا المشروع لمزيد من التفاصيل حول الحلبة.

الخطوة 2: تجميع الدائرة

يعتبر هذا الجهاز مرشحًا رائعًا لتقنية تجميع الدائرة المعروفة باسم التشكيل الحر. بدلاً من تثبيت الأجزاء في هذا المشروع على ركيزة مثل لوحة الأداء ، سنقوم بدلاً من ذلك فقط بتوصيل كل شيء بالأسلاك. هذا يجعل المشروع أصغر بكثير ، وهو أسرع إلى حد ما في التجميع ، ولكنه ينتج بشكل عام نتائج أقل إرضاءً من الناحية الجمالية. أحب تغطية دوائري ذات التشكيل الحر بحافظة مطبوعة ثلاثية الأبعاد في النهاية. يوضح الفيديو في بداية هذا المشروع تفاصيل عملية التشكيل الحر ، لكنني سأتناول جميع الخطوات التي اتخذتها نصيًا أيضًا.

الخطوات الأولى

أول شيء فعلته هو فك الكتل الطرفية الخضراء من شاحن ليبولي. هذه ليست هناك حاجة ، وتشغل مساحة. ثم قمت بتوصيل طرفي "+" و "-" لشاحن lipoly بأطراف "+" و "-" في مقدمة Beetle. هذا يغذي الجهد الخام للبطارية الدهنية مباشرة في الميكروكونترولر. تحتاج Beetle من الناحية الفنية إلى 5V ، لكنها ستظل تعمل على 4V تقريبًا من lipoly.

توصيل مستشعر البرق

ثم قمت بعد ذلك بقطع الكبل ذي 4 سنون المرفق بحيث بقي ما يقرب من بوصتين من السلك. لقد جردت النهايات ، وقمت بتوصيل الكبل بمستشعر البرق ، وقمت بالتوصيلات التالية:

• "+" على مستشعر البرق إلى "+" على بيتل
• "-" على مستشعر البرق إلى "-" على بيتل
• "C" على مستشعر الصواعق إلى لوحة "SCL" على الخنفساء
• "D" الموجود على مستشعر الصواعق على لوحة "SDA" على الخنفساء

لقد قمت أيضًا بتوصيل دبوس IRQ الموجود على مستشعر البرق بلوحة RX الموجودة في Beetle. كان هذا الاتصال ضروريًا للانتقال إلى مقاطعة الأجهزة على Beetle ، وكانت لوحة RX (دبوس 0) هي الدبوس الوحيد القادر على المقاطعة المتبقي.

توصيل الجرس

لقد قمت بتوصيل الطرف القصير للجرس بالطرف "-" على الخنفساء (الأرض) ، والرصاص الطويل إلى الطرف 11. يجب توصيل دبوس إشارة الجرس بدبوس PWM لأقصى تنوع ، وهو الدبوس 11.

تبديل البطارية

آخر شيء ضروري هو إضافة مفتاح مضمن إلى البطارية لتشغيل المشروع وإيقاف تشغيله. للقيام بذلك ، قمت أولاً بلحام سلكين بالأطراف المجاورة على المفتاح. لقد أصلحت هذه في مكانها بالغراء الساخن ، لأن وصلات المفتاح هشة. بعد ذلك ، قمت بقطع السلك الأحمر الموجود على البطارية في منتصف الطريق تقريبًا لأسفل ، وقمت بلحام الأسلاك التي تخرج من المفتاح إلى كل طرف. تأكد من تغطية الأجزاء المكشوفة من الأسلاك بأنابيب الانكماش الحراري أو الغراء الساخن ، حيث يمكن أن تتلامس بسهولة مع أحد الأسلاك الأرضية وتجعلها قصيرة. بعد إضافة المفتاح ، يمكنك توصيل البطارية بشاحن البطارية.

طي كل شيء في

تتمثل الخطوة الأخيرة في التخلص من الفوضى العارمة للأسلاك والمكونات وجعلها تبدو جيدة المظهر إلى حد ما. هذه مهمة حساسة ، لأنك تريد أن تتأكد من عدم كسر أي أسلاك. لقد بدأت أولاً عن طريق لصق شاحن lipoly على الجزء العلوي من بطارية lipoly. ثم قمت بلصق الخنفساء فوق ذلك ، وأخيراً قمت بلصق مستشعر البرق في الأعلى. تركت الجرس للجلوس على الجانب ، كما هو موضح في الصورة أعلاه. النتيجة النهائية هي كومة من الألواح مع الأسلاك الممتدة في جميع أنحاء. لقد تركت أيضًا مفاتيح التبديل لتعمل بحرية ، حيث أرغب لاحقًا في دمجها في علبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد.

الخطوة الثالثة: البرمجة

برنامج هذه الدائرة بسيط في الوقت الحالي ولكنه قابل للتخصيص بشكل كبير ليناسب احتياجاتك. عندما يكتشف الجهاز البرق ، سيصدر أولاً صوتًا عدة مرات لتنبيهك إلى أن البرق قريب ، ثم يصدر صفيرًا لعدد معين من المرات يتوافق مع مسافة البرق. إذا كان البرق على بعد أقل من 10 كيلومترات ، فسيقوم الجهاز بإصدار صوت واحد طويل. إذا كان يبعد عنك أكثر من 10 كيلومترات ، فسيقسم الجهاز المسافة على عشرة ، ويدور حولها ، ويصدر صفيرًا عدة مرات. على سبيل المثال ، إذا ضرب البرق على بعد 26 كم ، سيصدر الجهاز صوت تنبيه ثلاث مرات.

البرنامج بأكمله يدور حول المقاطعات من مستشعر البرق. عند اكتشاف حدث ما ، سيرسل مستشعر الصواعق دبوس IRQ عاليًا ، مما يؤدي إلى حدوث مقاطعة في وحدة التحكم الدقيقة. يمكن لجهاز الاستشعار أيضًا إرسال مقاطعات للأحداث غير الصاعقة ، مثل إذا كان مستوى الضوضاء مرتفعًا جدًا. إذا كان التداخل / الضوضاء مرتفعًا جدًا ، فستحتاج إلى إبعاد الجهاز عن أي إلكترونيات. يمكن للإشعاع الكهرومغناطيسي القادم من هذه الأجهزة أن يقزم بسهولة الإشعاع الكهرومغناطيسي الضعيف نسبيًا من ضربة صاعقة بعيدة.

لبرمجة المتحكم الدقيق ، يمكنك استخدام Arduino IDE - تأكد من ضبط اختيار اللوحة على "Leonardo". ستحتاج أيضًا إلى تنزيل مكتبة مستشعر البرق وتثبيتها. يمكنك أن تجد هذا هنا.

الخطوة 4: حافظة مطبوعة ثلاثية الأبعاد

صممت حالة لجهازي. من المحتمل أن يكون لدائرتك ذات الشكل الحر أبعاد مختلفة ، لكنني حاولت جعل حالتي كبيرة بما يكفي بحيث تظل العديد من التصميمات المختلفة مناسبة لها. يمكنك تنزيل الملفات من هنا ، ثم طباعتها. يتم تثبيت الجزء العلوي من العلبة على الجزء السفلي ، لذلك لا يلزم وجود أجزاء خاصة للحالة.

يمكنك أيضًا محاولة إنشاء نموذج لجهازك وإنشاء غلاف له. أفصّل هذه العملية في الفيديو في بداية هذا المشروع ، لكن الخطوات الأساسية التي يجب اتباعها هي على هذا النحو:

1. التقط أبعاد جهازك
2. صمم جهازك في برنامج CAD (أحب Fusion 360 - يمكن للطلاب الحصول عليه مجانًا)
3. قم بإنشاء حالة عن طريق موازنة ملف تعريف من طراز الجهاز. وعمومًا ، فإن التفاوت الذي يبلغ 2 مم يعمل بشكل جيد.

الخطوة 5: استخدام جهازك والمزيد

تهانينا ، يجب أن يكون لديك الآن كاشف للصواعق يعمل بكامل طاقته! قبل استخدام الجهاز بشكل حقيقي ، أوصي بالانتظار حتى تكون هناك عاصفة رعدية من حولك للتأكد من أن الجهاز قادر بالفعل على اكتشاف البرق. عملت المنجم من المحاولة الأولى ، لكنني لا أعرف مدى موثوقية هذا المستشعر.

يعد شحن الجهاز أمرًا بسيطًا - يمكنك فقط توصيل كابل micro-USB في الشاحن الدهني حتى يتحول ضوء الشحن إلى اللون الأخضر. تأكد من تشغيل الجهاز أثناء شحنه ، وإلا فلن تنتقل الطاقة إلى البطارية! أوصي أيضًا بتغيير أصوات التنبيه إلى شيء تحبه أكثر ؛ يمكنك استخدام مكتبة Tone.h لتوليد المزيد من الملاحظات الممتعة.

اسمحوا لي أن أعرف في التعليقات إذا كان لديك أي مشاكل أو أسئلة. لرؤية المزيد من مشاريعي ، تحقق من موقع الويب الخاص بي www. AlexWulff.com.