Membuat Detektor Petir Hemat Biaya dengan Arduino Uno
Komponen dan Perlengkapan
Papan roti (breadboard) generik – 1 buah
Resistor 10k ohm – 2 buah
Resistor 3.3 MOhm – 1 buah
Kabel jumper generik – 1 set
Arduino UNO – 1 buah
Tentang Proyek Ini
Dalam tutorial ini, kita akan membuat detektor petir menggunakan Arduino Uno, beberapa resistor dan beberapa kabel jumper. Sebagian besar detektor petir seringkali terlalu mahal untuk hobiis biasa, namun ini tidak berarti seseorang tidak dapat menikmati deteksi petir dan fisika di baliknya. Dalam tutorial ini, menggunakan rangkaian yang sederhana dan mengejutkan, kita akan dapat mendeteksi petir dari jarak sekitar 10-20 km, yang setidaknya cukup mengesankan. Tujuan adalah untuk membuat rangkaian sederhana untuk mendeteksi petir dengan Arduino dan menghasilkan hasil yang bermakna.
Latar Belakang
Saat petir terjadi, sejumlah besar energi dilepaskan dalam berbagai bentuk. Yang paling jelas adalah cahaya dan suara, yang terakhir adalah hasil sampingan dari tingkat peningkatan suhu partikel-partikel yang langsung mengelilingi colokan petir, yang kemudian menyebabkan suara. Tetapi, itu belum semuanya. Petir memancarkan sejumlah besar radiasi elektromagnetik dalam rentang VLF (Very Low Frequency) dan LF (Low Frequency), biasanya berkisar dari 3kHz hingga 300kHz. VLF dan LF mirip dengan gelombang cahaya, gelombang WiFi Anda dan juga gelombang oven mikrogelombang Anda, tetapi dengan perbedaan beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah. misalnya WiFi biasanya beroperasi sekitar 2.4GHz, yaitu 2,4 miliar osilasi per detik. VLF dan LF beroperasi pada frekuensi yang lebih rendah, dan dengan Arduino kita dapat menangkap frekuensi sekitar 7kHz. Keuntungan menggunakan jenis radiasi ini untuk deteksi petir adalah biasanya tidak ada yang menghasilkan ledakan besar seperti yang terlihat pada petir, pada frekuensi ini; dan karena gelombang elektromagnetik ini berjalan dengan kecepatan cahaya, yang berarti sensor akan mendeteksi petir saat terjadi (beberapa mikrodetik setelah). Arduino kecil kita akan memiliki antena (secara kata), sehelai kawat yang akan menangkap fluktuasi spektrum elektromagnetik khususnya sekitar 7-9kHz. Fluktuasi ini akan menginduksi tegangan kecil +ve atau -ve di kawat. kita dapat menangkap fluktuasi ini menggunakan pin analog Arduino.
Prasyarat
2x Resistor 10k Ohm
1x Resistor 3.3M Ohm
4x kabel jumper
1x Arduino (Saya menggunakan Uno tetapi yang lain juga akan bekerja asalkan dapat beroperasi pada 16Mhz)
Papan roti untuk kesederhanaan
Seperti yang mungkin Anda ketahui, pin pada papan Arduino mengizinkan tegangan antara 0v dan 5v, apa pun di bawah 0v dan di atas 5v tidak akan dibaca, sehingga data akan hilang. Yang lebih penting, tegangan di bawah 0v berpotensi merusak pin. Ini akan sedikit masalah bagi kita karena tegangan yang dihasilkan di kawat fluktuasi di bawah dan di atas 0v. Untuk menyelesaikan masalah ini kita menetapkan tegangan pin di tengah rentang 5v, yaitu 2.5v dan ini akan dicapai dengan trik kecil, pembagi tegangan. Dengan begitu, kita akan menetapkan pin pada 2.5v yang stabil dan fluktuasi tegangan akan memiliki asal 2.5v, sehingga tidak ada kerusakan atau kehilangan data.
Rangkaian cukup sederhana, kita memiliki 2x resistor 10k Ohm berurutan dari 5v (kabel merah) ke GND (kabel hitam), ini pada dasarnya pembagi tegangan. Kemudian resistor 3.3M Ohm (MegaOhm) dihubungkan antara 2x resistor 10k Ohm. Berurutan dengan resistor 3.3M Ohm, sambungkan kawat ke pin A4 (kabel biru), ini akan memberi kita tepat 2.5v pada pin A4. Kemudian sambungkan kawat yang akan bertindak sebagai antena (kabel hijau) dengan panjang sekitar 6-8 inci. Ini harus dihubungkan dari satu ujung saja seperti yang ditunjukkan di atas.
Skets
Ini adalah bagian paling sulit untuk dijelaskan. Seperti yang disebutkan di atas, frekuensi yang perlu kita tangkap dari petir, adalah sekitar 7kHz dan untuk membaca gelombang yang cukup baik, laju pemeriksaan harus 4x lebih besar, memberi kita 4 pembacaan per panjang gelombang. Artinya, 28.000 sampel per detik.
Pin analog Arduino hanya dapat memberi kita 9.600 sampel per detik. Dengan laju pemeriksaan ini kita hanya akan dapat menangkap gelombang pada 2kHz atau sedikit lebih, yang jauh dari baik. Berkat chip ATMEGA, dapat dikonfigurasi untuk mempercepat proses ADC dengan faktor tertentu, sambil mempertahankan resolusi yang baik. Ini disebut prescaler, dan dapat dikonfigurasi melalui kode. Ada sejumlah faktor pembagi prescaler tetapi kita akan menggunakan faktor 16 yang secara teori akan memberi kita laju pemeriksaan 77kHz. Dalam praktiknya, bentuk perhitungan apa pun akan menurunkan laju pemeriksaan ini sehingga saya hanya mampu mendapatkan sekitar 46kHz yang masih sangat baik untuk proyek ini.
Jadi melanjutkan, skets menggunakan array 512 byte untuk menyimpan nilai tegangan dari pin A4. Ini terus-menerus membaca nilai pin dan menuliskannya ke lokasi berikutnya dalam array. Segera setelah petir terdeteksi, seluruh array dikirim melalui port serial. Ini dapat dicetak pada plotter grafik di Arduino IDE atau mungkin dikirim ke Arduino atau ESP8266 lainnya untuk mempublikasikan data online. mungkin terbaik untuk memantaukannya melalui Arduino IDE terlebih dahulu, jadi jika ada beberapa gangguan, mereka dapat ditangani di sana dan kemudian.
Hasil
Berikut adalah beberapa hasil.
Ambil kode sumber dari Github: https://github.com/klauscam/Arduino-Lightning-Detector
Silakan berikan komentar di bawah jika Anda memerlukan klarifikasi lebih lanjut.
Tags: Arduino Electromagenetic EMF Lightning Sensor UNO VLF Weather
