【雷センサ】AMS社 AS3935 雷距離センサーのメモ 【ESP32】

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雷の電界・磁界

僕、雷や電波の専門家なのですが(笑)通信機器の雷防護や強電界のこと、漏洩電磁界のことは詳しくて昔は観測もやってたのですが、最近やってなくて、仕事でちょっと雷雲の中のことを調べる機会がまたありまして、ちょっと調べていました。

で改めて雷雲の中の電磁界ってどんなんだっけ?って調べたら EUとかはエライですね。ちゃんと調べてる

Final Report Summary - ILDAS (In-flight Lightning Strike Damage Assessment System) | FP6 | CORDIS | European Commission
ILDAS was a research project within the scope of aeronautics research of the Sixth Framework Programme (FP6) of the European Commission...

こんなレポートがあって飛行機に積んでいろいろ調べたみたい。

電界は500kV/m  磁界は200A/mくらいが出てたそうです。でこういうセンサを小さく軽く作れないかな?と調べたら。。 ぜんぜん違うんだけど。。AMS社のAS3935というセンサを見つけました。

AMS社の AS3935というセンサ

AMS社というのはオーストリアの会社みたい。本家のサイトでAS3935 を調べてみると。。もう検索に引っかかってこないので、ディスコンしている感じ?

Sensor Solutions - ams
To us sensing is life and our passion is in creating sensor solutions - optical sensors, imaging sensors, audio sensors - that make devices smarter, safer, conv...

評価用ボードなどはいろいろ出ていて、僕は秋月で買いましたが。。

AS3935使用 雷センサーモジュール: 半導体(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
電子部品,通販,販売,半導体,IC,マイコン,電子工作AS3935使用 雷センサーモジュール秋月電子通商 電子部品通信販売

Digikeyにもまだ4000個ほど在庫はありそう

https://www.digikey.jp/ja/ptm/a/ams/as3935-franklin-lightning-sensor?pn_sku=AS3935-BQFTCT-ND&part_id=3182215

Digikeyの記事も詳しく書かれていますが。。

https://www.digikey.jp/ja/articles/incoming-storm-a-lightning-detector-from-ams

AS3935 AMSのデータシートはあるみたいなので、それはこちら。。

クリックしてams_AS3935_Datasheet_EN_v5-1214568.pdfにアクセス

Githubで調べてみた。

出てから随分たつみたいなので。。調べている人もいて。。

AS3935で調べるといっぱい出てきます。

Build software better, together
GitHub is where people build software. More than 65 million people use GitHub to discover, fork, and contribute to over 200 million projects.

その中に。。こういうのもあって。。

GitHub - evsc/ThunderAndLightning: let's sense lightning and make thunder. with the AS3935 Franklin Lightning Sensor™ IC
let's sense lightning and make thunder. with the AS3935 Franklin Lightning Sensor™ IC - GitHub - evsc/ThunderAndLightning: let's sense lightning and mak...

AMSは、しきい値を超えるピークを単に探すだけではありません。 彼らは、落雷の多段階のパチパチという特徴を探します。 大きなストークが発生する前に一連の小さなイベントが発生する場所。 これにより、ソレノイドなどのノイズイベントが誤ったアラームを生成するのを防ぐことができます。 500 kHzは、HAMの使用がほとんどなく、干渉がほとんどないRFスペクトルのセクションであるため、選択された可能性があります。

なるほど、雷が近づくとAMラジオがガリガリいいますよね。それのガリガリいう時間間隔と、電波の強さをもとにして、距離を算出しているってことですね。

雷は、音羽さんの図を拝借して説明すると、ステップドリーダーが伸び始め(この時1回めの電磁波)、0.02秒後くらいに、リターンストロークができて(2回めの電磁波)とか。。サブシーケンスストロークとかダートリーダーとか。。何回かの放電現象が起こっているそうです。

詳しく知りたい人は、ここがいいかな?

Understanding Lightning
Understanding Lightning: Slow Motion Video Of Lightning Flashes
Understanding Lightning: Subsequent Dart Leaders and Return Strokes

英語だけどよくわかる。。

で。。。それらの電磁波の強度と、時間間隔を見ると。。距離がわかるらしい。。ん?わかるのかな? 時間間隔で、雷かどうかを見て、強度で距離を出しているのかな?

なんとなく正しそうな解説記事

AMSの人が書いた記事を見つけました

Designing truly portable lightning detectors - Electronic Products
Weather forecasting over the years has been transformed, from “instincts of farmers” to a much more scientific approach that . . .

AS3935のダイアグラムなどが掲載されています。

なんとなく。。何も書かれてない(笑)

想像のアルゴリズム

500kHzに共振するバーアンテナに出てくる強度 と 時間間隔 をパターンマッチしているのかな? 大きくて波尾長がある程度ある波形が0.02秒でくらいで来た場合は、地上に落ちた雷として、小さくて数があるのは雲間放電の雷とする。

それ以外は、ノイズとして処理するようにしていて、落雷と雲間雷の大きさだけで距離を出しているような感じですかね?

コイル・アンテナ

これって、このICのために開発されたバーアンテナなんですね。もともとはRFID用のアンテナのようです。

クリックしてMA5532-1074841.pdfにアクセス

動作確認のプログラム

秋月のプログラムはArduino用でした。

◆評価用デモソフトウェア(Arduino UNO用)
AE_AS3935DEMO_a.zip(1.08MB)

I2CでAS3935の読み書きをするようです。

ということでESP32かM5Stack用に書き換えをしてみます。

esp32_LightningDetector/esp32_LightningDetector.ino at master · merlinmb/esp32_LightningDetector
AS3935 Implementation (ThunderClick Board) on an ESP32 Arduino - esp32_LightningDetector/esp32_LightningDetector.ino at master · merlinmb/esp32_LightningDetecto...

これと

AS3935-ESP-I2C/docs/md at master · trombik/AS3935-ESP-I2C
AS3935 I2C library for ESP8266. Contribute to trombik/AS3935-ESP-I2C development by creating an account on GitHub.

これを参考にして。。

どうもこのSchematicsを見ると、秋月のと同じような開発基板です(SPIでも動く仕様なのかな?)

GitHub - merlinmb/esp32_LightningDetector: AS3935 Implementation (ThunderClick Board) on an ESP32 Arduino
AS3935 Implementation (ThunderClick Board) on an ESP32 Arduino - GitHub - merlinmb/esp32_LightningDetector: AS3935 Implementation (ThunderClick Board) on an ESP...

AE-AS3955のピン 秋月のサンプル ESP32のピン配列を並べます

センサ/MPU AE-AS3955 Arduino UNO ESP32/M5Stack
I2C SDA A4 (SDA) GPIO21 (SDA)
I2C SCL A5 (SCL) GPIO22 (SCL)
割込み IRQ D5 GPIO17
グランド GND GND GND
電源 VDD 5V 5V

ちょっと長くなったので、続きは次のページに

【雷センサ】AMS社 AS3935 雷距離センサー秋月ボードのデモプログラム【ESP32】
AS3935雷センサのつづき このつづきです。 動作確認のプログラム 秋月のプログラムはArduino用でした。 ◆評価用デモソ...

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