AS3935 villámlásdetektor

Leírás

Az AS3935 Lightning Sensor egy olyan intelligens érzékelő modul, amely képes észlelni a vihar villámtevékenységét, valamint megbecsülni, hogy a vihar frontja milyen távolságban van. Az érzékelő „előrelátó riasztást” ad, jóval azelőtt, hogy a villám vizuálisan vagy hallhatóan észrevehető lenne. Különösen hasznos lehet időjárás‑állomásokban, IoT‑rendszerekben, mezőgazdasági védekezésben, vagy otthoni biztonsági berendezésekben.

Az egyediségét több tényező adja:

• akár 40 km-es viharfront‑észlelés,
• disztúrber (zavaró) jelek kiszűrésének képessége,
• alacsony energiafogyasztás alvó (sleep) vagy hallgató (listening) módban,
• rugalmas interfészek (SPI vagy I²C) használata,
• kültéri és beltéri (indoor / outdoor) alkalmazásokhoz állítható beállítások.

Működési elv

• Az AS3935 chip egy narrow‑band RF vevőkészülék: a villámok által keltett elektromágneses impulzusokat érzékeli, különösen az ~500 kHz körüli frekvencián, amely tipikus villám‑impulzus jellegű.
• Az antennát (külső tekercs + kondenzátor) hangolni kell, hogy rezonanciai stabilitása jó legyen: ez befolyásolja az érzékenységet és a távolságbecslés pontosságát. A chip tartalmaz tuning lehetőségeket az antenna rezonancia finomhangolásához.
• A jel feldolgozása több lépéses:
  1. előszűrés → a jelnek át kell haladnia egy küszöbön (noise / spike threshold),
  2. zavaró jelek felismerése (disturber rejection): amelyek nem villámjellegűek (pl. mesterséges elektromos zavarok) → ezek kiszűrésre kerülnek,
  3. energia számítás → mennyi energia (jel‐erősség) érkezik,
  4. statisztikai távolságbecslés → a jel paraméterei alapján, 1 km‑es léptékben, maximum ~40 km‑ig becsül.
• Belül két RC‑oszcillátor működik: TRCO és SRCO néven. Ezek időzítik az elektronikai belső működést, és van lehetőség automatikus kalibrációra, hogy az időzítés minél stabilabb és pontosabb legyen.
• Energia‑módok: a chip több működési állapotot támogat: teljes alvó (power‑down), hallgató (listening, standby), és aktív feldolgozó állapot. Ez segít energiát megtakarítani, különösen ha az érzékelőt többnyire passzív állapotban tartod.
• Interfészek: SPI és I²C. Az, hogy melyiket használod, beállítható (pl. a modulon van „SI” láb, ami eldönti, hogy SPI‑t vagy I²C‑t használjon). I²C‑nél lehet több címet választani, ami hasznos ha több egységet használsz ugyanazon buszon.
• Jelek kimenetén van egy IRQ láb (interrupt), amely jelet ad, ha egy villámláseseményt validálnak. Így nem kell folyamatosan lekérdezni („polling”) — hatékonyabb mikrokontrollerek számára.

Lehetőségek

Íme néhány konkrét alkalmazási ötlet, amelyek segítenek elképzelni, mire lehet használni az AS3935 modult:

• Kültéri időjárás‐állomások: riasztó jelzések villámlás esetén, adatgyűjtés időjárási előrejelzésekhez.
• Okosotthon rendszerek: ha közeledik zápor vagy vihar, automatikusan lekapcsolni kültéri áramköröket, ablakokat, árnyékolókat.
• Mezőgazdaság: védelmi intézkedések, pl. fóliasátrak bezárása, szellőztető ablakok zárása, ha villámlásközeli vihar érkezik.
• Zárt területek védelme, elektronikai berendezések védelme: UPS rendszerek, antennaerősítők, napelemes/villamos rendszerek előkészítése vihar előtt.
• Oktatási projektek, maker / DIY: használata Arduino‑, ESP32‑ vagy Raspberry Pi platformokon. Kibővült projektek: távmonitoring, adatnaplózás, grafikonos megjelenítés.
• Mobil / hordozható alkalmazások: hordozható viharriasztók, túrázóknak, lakókocsikba, sátortáborokba.
• Biztosító cégek, ipari létesítmények: statisztika gyűjtése villámgyakoriságról, viharfront előrejelzés, kockázatelemzés.

Műszaki jellemzők

• Tápfeszültség (Supply Voltage): 2,4 … 5,5 V DC
  → Használható alacsony feszültségű rendszerekkel is (pl. 3,3 V), de 5 V is támogatott megfelelő lépésekkel.
• Áramfelvétel (Current Consumption):
    - Power‑down (teljesen alvó) mód: ~1 µA
    - Listening (hallgató / standby) mód: kb. 60 µA
    - Active (jel‐feldolgozó) mód: kb. 350 µA
• Érzékelési (detection) távolság: akár 40 km a vihar frontig
• Távolságbecslés pontossága: 1 km‑es lépések, maximum 14 lépésig
• Detektálható jel típusok: mind felhőtől földig (cloud‑to‑ground) és felhőtől felhőig (cloud‑to‑cloud) kisülések.
• Zavaró jelek elleni védelem (disturber rejection): beépített algoritmus, küszöbértékek állíthatók, zajszint mérés, watchdog, tüskék (spike) kiszűrése.
• Interfész: SPI vagy I²C, SI láb segítségével választható ki az üzemmód.
• I²C címezés: ha I²C módot használod, több cím közül lehet választani (pl. ha több modul van ugyanazon buszon).
• Antenna hangolás (Antenna Tuning): külső tekercs + kondenzátor, hogy az antenna rezonanciája megfeleljen a chip bemenetnek, a vevőkészülék legyen hangolt a ~500 kHz‑es jelhez.
• Belső oszcillátorok: TRCO és SRCO, RC‑alapú oszcillátorok, automatikus kalibrálás lehetőségével.
• Működési hőmérséklet: –40 °C … +85 °C
• Kimenet (interrupt): IRQ láb, amely jelez, amikor a chip validál egy villámlás eseményt, ill. van külön jel a „zavaró jel” felismerésére is, ha engedélyezve van.
• Energiaüzemmódok (Power modes):
    • Power‑down / Sleep – minimális áramfelvétel
    • Listening – készenléti állapot, jel érzékelés de minimális feldolgozással
    • Active – teljes jel feldolgozás, távolságbecslés, eseményjelzés.

Csatlakozó

• VCC/VDD – Pozitív tápfeszültség (3.3V)
• GND – Közös föld
• SCL – I²C órabusz vagy SPI órabusz (SI beállítás szerint)
• SDA – I²C adatbusz vagy SPI adatbeviteli busz (az SI beállításnak megfelelően)
• MISO – SPI adatkimeneti busz
• CS – Chip Select (aktív alacsony)
• SI – Interfész kiválasztása (GND → SPI vagy VDD → I²C)
• IRQ – Megszakítás (ki)
• EN_V – Feszültségszabályozó engedélyezése
• A0 – I²C címválasztás LSB
• A1 – I²C cím kiválasztása MSB

Dokumentáció

• Ismertető, Sparkfun adatlap
• ScioSense – gyártói oldal

Csomag

• 1x villámérzékelő modul
• 1x tüskesor