簡易雷距離計

私が住んでいるところでは、夏場には、よく雷が発生します。そこで落雷地点までの距離を測定できないものかと考えました。

※昔話
在住する三田市には、桑原・欣勝寺という雷除けで有名なお寺があります。
昔々、雷の子供が井戸に落ち、「助けてくれ」というのを、和尚は日頃から雷に迷惑をかけられているので、二度と桑原に雷を落とさないよう約束させて帰した。
これ以降、「くわばらくわばら欣勝寺」といえば雷が落ちなくなったという伝承があるそうです。

基本的には、以前に製作した、ストップウォッチの応用です。つまり、落雷で雷が光ってから、雷鳴が聞こえるまでの時間を測定(手動操作)し、その結果に音速を掛け算し、距離を表示します。

国際標準大気(ISA:International Standard Atmosphere)では、海面上で気温15℃での音速は、

約 340 m/s ( = 1225 km/h)

となります。これは、 1 気圧中の音速の計算方法、

331.5m/sec + (0.61 × 摂氏温度)

で求められます。

今回は、摂氏温度を20℃と固定値を使用しました。

回路は、ストップウォッチとまったく同じです。

ThunderRange.c

//********************************************************************** 
/*
	＜雷距離計＞
　■機能概要 
　　・開始と停止スイッチによるストップウオッチの機能を提供する。
　　・精度は、１ｍｓｅｃとする。
　　・対象を音速とした時の距離を表示する。 
　■ＣＯＮＦＩＧの設定 
	・LVP_OFF
　　・MCLR_OFF
　　・WDT_OFF
　　・EXTCLK
*/
//********************************************************************** 
 
#define		LED			PORTA.F2
 
#define		START_SW	PORTB.F1
#define		STOP_SW		PORTB.F0
 
#define		ON		0
#define		OFF		1
 
#define		IDLE	0
#define		START	1
#define		STOP	2
 
//********************************************************************** 
 
static	unsigned	long	cnt;
static	unsigned	char	flag;
 
void	interrupt()
{
	//　１ｍｓｅｃの割り込み処理 
	if (PIR1.CCP1IF == 1) {
		PIR1.CCP1IF = 0;
		//
		if (flag == 1) {
			cnt++;
		}
	}
	//　停止スイッチの割り込み処理 
	if (INTCON.INTF == 1) {
		INTCON.INTF = 0;
		//
		flag = STOP;	// count stop!
	}
}
 
//********************************************************************** 
 
void	display(unsigned long cnt)
{
	static	unsigned	char	buf[20];
	//
	LongToStr(cnt, buf);
	Lcd_Custom_Out(2, 2, buf);
	Lcd_Custom_Out(2, 13, "msec");
	//
	LongToStr(cnt * 0.3437, buf);	// 0.3437 = (331.5 + (0.61 * 20)) / 1000
	Lcd_Custom_Out(1, 8, &buf[6]);
	Lcd_Custom_Out(1, 13, "m");
}
 
void	main()
{
	// アナログの設定
	ANSEL  = 0b00000000;	// 使用しない。
	// ポートの設定
	TRISA  = 0b10111000;
	TRISB  = 0b00001111;
	OPTION_REG.F7 = 0;		// PORTBをプルアップする。 
	// 入力割り込みの設定
	INTCON.INTE = 1;
	INTCON.INTF = 0;
	OPTION_REG.INTEDG = 0;
	// CCPの設定
	PIE1.CCP1IE = 1;
	PIR1.CCP1IF = 0;
	CCP1CON = 0b00001011;
	CCPR1L = 0x88;	// 0.001sec...(1÷20000000)*4*5000
	CCPR1H = 0x13;
	// TIMER1の設定
	PIE1.TMR1IE = 0;
	PIR1.TMR1IF = 0;
	TMR1L = 0;
	TMR1H = 0;
	T1CON.T1CKPS0 = 0;
	T1CON.T1CKPS1 = 0;
	T1CON.TMR1ON = 1;
	// 変数の初期化
	TMR1L = 0;
	TMR1H = 0;
	// ＬＣＤ（液晶モニタ）の初期化 
	Lcd_Custom_Config(&PORTB,4,5,6,7,&PORTA,1,0,6);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CURSOR_OFF);
	Lcd_Custom_Out(1, 1, "ThunderRange V1");
	Delay_ms(1000);
	Lcd_Custom_Cmd(LCD_CLEAR);
	// 割り込み(全体)の設定
	INTCON.PEIE = 1;
	INTCON.GIE = 1;
	//
	LED = OFF;		// LED off!
	flag = IDLE;
	cnt = 0;
	//
	while(1) {
		//　開始を判断する。 
		if ((flag != START) && (START_SW == 0)) {
			cnt = 0;
			flag = START;	// count start!
			LED = ON;	// LED on!
			Lcd_Custom_Out(1, 1, "Start!");
		}
		//　停止を判断する。 
		if (flag == STOP) {
			flag = IDLE;
			LED = OFF;	// LED off!
			Lcd_Custom_Out(1, 1, "Stop! ");
			//
			display(cnt);
		}
		//　開始中はカウント値を表示する。 
		if (flag == START) {
			display(cnt);
		}
	}
}
 
//**********************************************************************

雷が光ったら、開始スイッチ(緑色)を押します。
数秒後に雷鳴が聞こえたら、停止スイッチ(黄色)を押します。

測定時は、LEDが点灯し、LCDに経過時間と落雷地点までの距離が表示されます。
高速に数値が変化しますので、目視での判断は難しいです。

停止すると、LEDが消灯し、LCDに経過時間と落雷地点までの距離が表示されます。
この例では、落雷してから、雷鳴が聞こえるまでの時間は、約9.8秒で、落雷地点までの距離は、約3.4kmです。

如何ですか?
摂氏温度や湿度を考慮すれば、更に精度を上げることが出来ます。