W artykule prezentujemy zestaw AS3935 Demo Kit będący kompletną sprzętową i programową platformą pozwalającą na testowanie czujnika AS3935 firmy Austria Microsystems.
W Polsce w okresie letnim co roku występują burze, a więc intensywne opady deszczu, którym towarzyszą wyładowania elektrostatyczne, czyli pioruny. Nikomu nie trzeba tłumaczyć jak niebezpieczne są to zjawiska. Piorun to przepływ prądu elektrycznego między chmurą a ziemią (lub między chmurami), którego natężenie wynosi przeciętnie 20 000 A. Może on zatem stanowić poważne zagrożenie. Skutkami uderzenia pioruna może być przykładowo wywołanie pożaru, zniszczenie instalacji elektrycznej i telefonicznej czy uszkodzenie urządzeń elektronicznych. Co jednak bardziej istotne, pioruny są niebezpieczne dla istot żywych, a więc stanowią też zagrożenie dla ludzkiego zdrowia, a nawet życia. Rok rocznie statystyki odnotowują w Polsce od kilkunastu do kilkudziesięciu porażeń piorunem, w tym również przypadki śmiertelne.
W większości przypadków, gdy brak jest pod ręką specjalistycznego sprzętu wykrywającego pioruny, do rozpoznawania zbliżającej się burzy służą człowiekowi jego zmysły: wzrok i słuch. Są to jednak narzędzia niewystarczające. Okazuje się bowiem, że piorun może uderzyć w miejscach nawet znacznie oddalonych od burzy (dokładnie w odległości do 16 km od skrajnej części burzy), a więc tam, gdzie ludzie nie spodziewają się zagrożenia i nie podejmują szukania schronienia lub nie unikają miejsc szczególnie niebezpiecznych (jak wzniesienia czy drzewa). Co więcej, istnieje szereg sytuacji, w których nawet w przypadku dostrzeżenia lub usłyszenia zbliżającej się burzy, potrzebny jest dość długi okres czasu na znalezienie schronienia. Przykładami tego może być chociażby turystyka górska lub wodna (w kontekście Polski np. Tatry i Mazury) oraz prace wysokościowe (np. prace na masztach telekomunikacyjnych lub mycie elewacji budynków). Okazuje się zatem, że istnieje zapotrzebowanie na nowoczesne rozwiązania do wykrywania piorunów – efektywne w działaniu, a jednocześnie przystępne dla każdego.
Wraz z rozwojem techniki rozwiązania czujnikowe stają się coraz bardziej zaawansowane, a jednocześnie komercyjnie dostępne. Obecnie dla konstruktora – elektronika nie jest znacznym problemem zbudowanie systemu pozwalającego na pomiar różnych parametrów np. temperatury powietrza, wilgotności powietrza, ciśnienia atmosferycznego, przyspieszenia czy pola magnetycznego. Na rynku obecnie dostępny jest szereg jednoukładowych rozwiązań czujnikowych wymienionych wielkości. Ponadto są one niedrogie, miniaturowe, energooszczędne i dysponują wygodnym interfejsem. Pozostaje jednak wiele wielkości, dla których brak jest gotowych rozwiązań. Do niedawna problem ten dotyczył również burz i piorunów. Sytuację tą zmieniła na szczęście firma Austria Microsystems, która wprowadziła do swojej oferty rewolucyjny czujnik AS3935 Franklin Lightning Sensor. AS3935 to jedyne dostępne na rynku jednoukładowe, a do tego bardzo proste w implementacji sprzętowej i programowej, miniaturowe i energooszczędne rozwiązanie do wykrywania piorunów (podstawowe informacje o tym czujniku przedstawiono w tabeli 1). Cechy te pozwalają integrować czujnik w mobilnych (zasilanych z baterii) urządzeniach o małych gabarytach. Przykładowo mogą to być systemy nawigacyjne, zegarki, smartfony, tablety i akcesoria sportowe.
Tab. 1. Wybrane informacje dotyczące układu AS3935
| Nazwa parametru | Wartość parametru |
| Zasięg detekcji piorunów | do 40 km |
| Typ obudowy, jej wymiary, liczba wyprowadzeń | MLPQ, 4 x 4 mm, 16 |
| Zakres napięcia zasilania | od 2,4 do 5,5 V |
Pobór prądu
|
typowo od 1 do 8 μA typowo od 60 do 70 μA typowo 350 μA |
| Interfejs komunikacyjny | SPI i I2C |
Elementy zestawu AS3935 Demo Kit
Na potrzeby testowania czujnika AS3935 firma Austria Microsystems oferuje zestaw demonstracyjny AS3935 Demo Kit. Składa się on z dwóch płytek oraz materiałów technicznych dostępnych na pamięci masowej USB.
Pierwsza płytka, o nazwie AS3935-DB, to kompletny system do wykrywania piorunów. Jej sercem jest czujnik AS3935 oraz dołączone do niego, wymagane do poprawnej pracy komponenty (głównie obwód antenowy). Układ firmy Austria Microsystems połączony jest przez szeregowy interfejs komunikacyjny (SPI) oraz sygnał przerwania z mikrokontrolerem PIC24. Te same linie sygnałowe dostępne są na dedykowanych przelotkach, do których przylutować można złącze szpilkowe. Pomiar i analizowanie pobieranego przez czujnik prądu możliwe jest dzięki przewidzianej na tą potrzebę zworce, do której pinów podłączyć można amperomierz. Wspomniany mikrokontroler firmy Microchip połączony jest dodatkowo z wyświetlaczem LCD, buzzerem, przyciskiem oraz gniazdem USB. Ostatnim elementem składowym płytki AS3935-DB jest blok zasilania. Źródłem napięcia zasilania jest osadzona w podstawce bateria pastylkowa typu CR2032. Zdjęcie płytki przedstawiono na fotografii 1.
Fot. 1. Wygląd płytki AS3935-DB
Druga płytka otrzymała nazwę Lightning Emulator. Pełni ona rolę generatora impulsów elektromagnetycznych, które ze względu na swoją charakterystykę są takie same jak impulsy elektromagnetyczne towarzyszące emisji pioruna. Wytworzone przez płytkę Lightning Emulator impulsy są propagowane w eter, co pozwala na ich odbierane przez czujnik AS3935 umieszczony na płytce AS3935-DB. Płytką Lightning Emulator steruje mikrokontroler PIC24. Pozostałe elementy składowe tej płytki to sześć diod sygnalizacyjnych LED, pięć przycisków, obwód antenowy, blok zasilania oraz źródło zasilania (bateria pastylkowa CR2032). Zdjęcie płytki Lightning Emulator przedstawiono na fotografii 2.
Fot. 2. Wygląd płytki Lightning Emulator
