Создание дешевого детектора молний на Arduino Uno

Компоненты и материалы

• Arduino Uno (или совместимая, 16 МГц) — 1 шт.
• Макетная плата — 1 шт.
• Резисторы 10 кОм — 2 шт.
• Резистор 3,3 МОм — 1 шт.
• Перемычки — 4 шт.
• Провод-амплитуда (антенна) длиной 15–20 см — 1 шт.

Физика процесса

При разряде молнии излучается мощный электромагнитный импульс в диапазоне VLF/LF (3–300 кГц). Ардуино может регистрировать колебания около 7–9 кГц. Антенна (кусок провода) улавливает слабые наведенные напряжения. Проблема: аналоговые пины Ардуино измеряют 0–5 В, а сигнал может быть отрицательным. Решение — делитель напряжения на двух 10 кОм резисторах, задающий 2,5 В на пине A4. Через резистор 3,3 МОм к этому узлу подключается антенна. Колебания сигнала теперь «плавят» вокруг 2,5 В, не выходя за пределы 0–5 В.

Схема подключения

Два резистора 10 кОм в цепи 5 В → GND создают точку 2,5 В. Резистор 3,3 МОм соединяет эту точку с пином A4. Антенна подключена к тому же узлу (только один конец).

Программный код (скетч)

Главная сложность — частота дискретизации. Стандартный ADC дает ~9600 отсчетов/с, нужно ~28 кГц (4 отсчета на волну 7 кГц). Используется предделитель (prescaler) ADC = 16, что теоретически дает 77 кГц, на практике ~46 кГц. Скетч накапливает 512 отсчетов в буфер, при обнаружении всплеска (порог по амплитуде) высылает весь буфер в Serial Plotter.

Код доступен на GitHub: Arduino-Lightning-Detector.

Результаты

На графиках Serial Plotter четко видны пики, соответствующие разрядам молний в радиусе 10–20 км. Можно передавать данные на ESP8266 для публикации в интернете.