解锁树莓派特殊用途，捕捉40公里外闪电！

如果我告诉你，你能拥有探测40公里外闪电的能力，你会怎么想？你可能会觉得我看太多漫威电影，疯了吧。但这是真的！这都要归功于DFRobot Gravity：闪电taptapvip升级。它对日常创作者来说易于获取，可以放在手掌中，甚至能精确地告诉你闪电发生在几公里外。

https://core-electronics.com.au/gravity-lightning-sensor.html

这简直就是电子超能力，没人能否认这一点。这个模块有大量的潜在应用，比如集成雷暴测量的家用气象站、雷暴预警系统的可穿戴设备（非常适合户外攀岩者或高空作业者）、免手持闪电摄影等等。

考验你英语听力的时候到了，你可以选择观看视频：

闪电是大规模电现象的绝佳例证。一道闪电的平均长度约为4公里。这条小通道中携带的电荷强度极高，使得闪电的温度高达30,000°C，是太阳表面温度的五倍。全球范围内，每时每刻都有约1800场雷暴正在进行，每秒发生44次闪电。根据美国国家闪电安全研究所2008年的研究，闪电造成的年度损失可能超过50亿至60亿美元。

闪电探测的半径范围可达40公里，这太惊人了！因此，本指南将详细介绍如何在树莓派单板计算机上安装、编程和使用DFRobot Gravity：闪电传感器，以创建一个闪电预警检测系统！该系统将持续运行，一旦有闪电击中地面，它就会输出这一事实以及闪电的距离到终端。以下是本指南的内容：

DFRobot Gravity：闪电传感器的工作原理

你需要准备什么

硬件设置

软件设置

演示

接下来做什么！LCD输出屏幕和GPIO控制

下载和附录

闪电极其危险，对人类和电子设备都是如此。本系统能提供人们可感知的雷暴预警，以便人们提前采取预防措施。例如，在我上一次的澳大利亚滑雪之旅中，一次闪电击中了滑雪缆车，导致所有电子设备完全损坏，滑雪缆车因此停运了好几天。这给滑雪者/单板滑雪者带来了各种混乱，因为他们发现自己要排长队等待，也给设施的管理人员/缆车操作员带来了麻烦，因为他们要处理后续问题。如果有一个能在风暴期间断开并隔离精密电子设备的预警系统，这一切本可以完全避免。除非天空之神特别想报复，第一次闪电就直击电子设备，设备就无法工作了。

这个小小的、漂亮的电子元件形式的“超能力”可以缓解许多悲伤和焦虑。如果我们用ESP32来设置它（这完全可行，而且会大大减小体积），我们甚至可以把这个安全系统变成一件功能性首饰。一如既往，如果你有任何问题、疑问，或者想让我用这个系统做些什么，请告诉我们你的想法！

工作原理

大多数人（包括我在编写本指南之前）都不知道有电子设备能在这么远的距离探测到闪电。这个模块上的传感器是AMS富兰克林闪电传感器（AS3935）集成电路和Coilcraft MA5532-AE专用天线，使这一切成为可能。AMS创新的AS3935富兰克林闪电传感器集成电路可在40公里半径范围内探测闪电的距离、强度和频率，分15个等级，室内室外均可。敏感天线能以1公里的精度在500kHz频段捕捉闪电事件，直至风暴前沿。此外，它还能自动排除该频段中与闪电特征不符的干扰。根据最终设置，它有室内或室外模式可供选择，并有多种方法来调整/过滤掉误报。有趣的是，AS3935在2012年传感器博览会上为AMS赢得了金奖。本页底部的zip文件中提供了该传感器的数据表，可供下载。

闪电通过电磁波谱发出非常独特的信号，这种信号传播的距离比闪电击中地面的声音或发出的光要远得多，请参见下面的响应图像。闪电是静电放电现象，是对雷暴底部负电荷层与地面正电荷之间高电位的反应。闪电是通过感知电磁辐射来探测的。闪电的快速变化电流会在甚低频（VLF，3k-30kHz）和极低频（ELF，<3kHz）无线电波段产生电磁脉冲（脉冲时间10-150ms）。最大振幅约为5-10KHz。闪电有三种类型：云间闪电、云对云闪电和云对地闪电。本模块可以探测到所有这三种闪电。

该板内置的人工干扰抑制算法可以有效避免各种家用电器产生的电干扰。闪电算法由硬件逻辑构成。可能会触发AS3935的误报事件（人为干扰）会被排除，而闪电事件则会启动计算，以估算距离风暴前端的距离。闪电算法分为三个子模块：

1.信号验证：验证传入信号是否可归类为闪电。

2.能量计算：计算单个事件的能量。

3.统计距离估算：根据存储的事件（闪电）数量计算距离估算值。

如果传入信号不具备闪电的特征形状，则信号验证失败，该事件被归类为干扰。在这种情况下，不会进行能量计算和统计距离估算，传感器自动返回监听模式。AS3935能分辨的最短两次闪电时间间隔约为1秒。一旦信号被归类为干扰，传感器将在接下来的1.5秒内停用。由于干扰信号的持续时间可能不同，这段传感器停机时间将防止传感器因较长的干扰事件而反复触发。

值得注意的是，在闪电发生的瞬间，中断引脚IRQ会产生一个脉冲。这个脉冲可以用来触发相机快门打开，帮助摄影师准确捕捉闪电的精彩瞬间。或者，将传感器嵌入对闪电敏感的设备中，可以用来自动触发切换到备用电源，从而在闪电击中时隔离所有系统。

你需要准备什么

以下是设置树莓派与DFRobot Gravity：闪电传感器配合使用所需的所有物品：

树莓派掌上计算机（我使用的是树莓派4 Model B 2GB，但也可以使用规格较低的树莓派，如树莓派Zero 2）

DFRobot闪电传感器

预装了树莓派操作系统的Micro-SD卡

Micro-HDMI转HDMI线，用于将系统连接到显示器

电源

鼠标和键盘

杜邦母对母跳线

硬件设置

https://pinout.xyz/

完成上述步骤后，将树莓派设置为台式计算机。插入预装了树莓派操作系统的Micro-SD卡，并连接鼠标、键盘和HDMI显示器。本指南假设你能完成这些步骤，如果你需要更多帮助或知识，请查看这个链接的指南。我的设置完成图见下文。

软件设置

需要在树莓派操作系统的新版本上安装一些软件包并更改设置。这将使DFRobot Gravity：闪电传感器与树莓派单板计算机之间能够正确通信。

DFRobot Gravity：闪电传感器需要I2C通信才能工作。默认情况下，树莓派操作系统关闭了这种通信方式。因此，第一步是打开它。为此，打开树莓派配置菜单（通过左上角菜单并滚动到首选项找到），然后在接口选项卡下启用I2C连接。启用后，重置树莓派以锁定更改。请参见下图设置窗口中启用的设置。

现在系统已重新启动并连接到互联网，按屏幕左上角的黑色按钮打开一个新的终端窗口。这将打开一个终端窗口。请参见下面打开终端窗口的图片，以及一个指向按下的终端按钮的大红箭头。

这个终端窗口将使我们能够从互联网下载所需的软件包。现在，在终端中输入以下行并回车，以获取所需的所有软件包。如果提示，输入并回车| Y |以继续/确认安装。

sudo apt-get updatesudo apt-get install build-essential python-dev python-smbus gitgit clone https://github.com/DFRobot/DFRobot_AS3935.git

完成上述步骤后，你的树莓派单板计算机已完全准备好扫描40公里范围内任何地方击中地面的闪电。

演示

从这里打开Python界面，如Thonny IDE。Thonny IDE只是一款Python解释器软件，你可以使用自己喜欢的任何软件。在本指南中，我们将使用Python编程语言进行编码。点击应用程序菜单（这是屏幕左上角的树莓派符号），然后悬停在编程选项卡上，找到（并点击）Thonny IDE图标。这将打开Thonny IDE。选择Thonny IDE左上角的打开按钮，并打开| DFRobot_AS3935_detailed.py |。你可以在目录| home/pi/DFRobot_AS3935/RaspberryPi/example/DFRobot_AS3935_detailed |中找到此脚本。另外，请注意，本指南中使用的所有脚本都可以在本文底部的zip文件中下载。

选择运行并等待响应！当我运行此脚本时，我等待了一场闪电风暴在我所在地上空。每次发生闪电时（离我非常近，我都能听到），它都会返回一个类似的响应| 发生闪电！距离：1公里强度：25 |。请参见下面我周围发生闪电的准确时刻图片，以及当时的天气情况（如树莓派雨雷达和天气显示所示）。太棒了！

https://core-electronics.com.au/projects/pi-weather-rain-display/

等待雷暴确实推迟了本指南的发布日期，但我希望这种真实性更能让人信服。下面是澳大利亚气象局（Bureau of Meteorology，负责为澳大利亚及周边地区提供气象服务的执行机构）当天的雨雷达图。

请注意，在家测试设置时，如果你所在地区没有雷暴，你可以使用等离子打火机/按钮打火机（用于点燃燃气灶）产生的电火花来触发DFRobot闪电模块（如果你离它很近的话）。在同一房间内激活电磁阀（12V）会导致干扰中断消息与其他电磁干扰源（如运行电钻或电动机、激活汽车点火系统、激活CRT电视机、点亮荧光灯、给高压电线供电以及切换电灯开关等）一起触发。所有这些都是测试和操作你的闪电检测硬件的好知识。

系统调优

现在我的系统从一开始就非常稳定和准确，希望你有同样的体验。

但是，如果你发现系统不断输出误报终端消息，可以对它们进行调优排除。RLC谐振器到集成电路的输入信号需要调谐到500.000赫兹的谐振频率，±3.5%。这个值通过设置RLC谐振器的电容器值（调谐电容器）来调谐。你在脚本中设置电容器值（16个离散选项之一），然后通过计算|IRQ |引脚上的方波振荡来检测当前天线频率。然后，如果值不接近500.000赫兹，则进行调整。所有这些都可以在Python脚本| DFRobot_AS3935_detailed.py |中完成，但配置仅适用于高级用户。你可能会发现自己忙得不可开交。请点击此处查看更多调优技巧，以及此处查看更多技巧。

下载和附录

以下是本指南中使用的所有Python脚本的下载链接。

https://core-electronics.com.au/attachments/uploads/article-downloads-lightning-sensor-guide.zip

如果你想了解接下来可以用闪电传感器做什么，请来看看纽卡斯尔当地创作的这件令人惊叹的艺术品。

https://daviddiehmphotography.com.au/product-tag/lightning/

另外，请查看这张全球追踪闪电击中的地图，将我们的系统设置成向其中输入数据将非常了不起！

https://www.blitzortung.org/en/live_lightning_maps.php

这个传感器肯定能让你省下半辈子时间来追逐完美的闪电镜头，这正是威廉·尼科尔森·詹宁斯在19世纪和20世纪所做的（同时也证明了闪电具有多样性）。他的照片见下文，是现存最早的闪电照片。

很多人一直以为树莓派（Raspberry Pi）只是创客圈子里的小玩具——一块信用卡大小的开发板，用来点亮 LED、跑个 Python 脚本、或者给中学生上一堂入门编程课。然而，事实远比想象震撼：树莓派已经悄悄完成了从“教学演示”到“工业级主力”的华丽转身，正在产线、机房、实验室甚至外太空里 7×24 小时不间断服役。

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