Bliksem Detector.

In het verleden ben ik al eens bezit geweest met de bouw van een bliksemdetector met 2 magnetische loop-antennes. Deze detector heeft een aantal jaren dienst gedaan maar ik heb hem na mijn verhuizing in 2007 niet meer opnieuw opgebouwd. Wel heb ik er een monitor module voor gemaakt en een aangepaste kleinere richtantenne voor gemaakt. Het nadeel van dit systeem is dat het een draadverbinding moet hebben met een computer om de data weer te kunnen geven en op te kunnen slaan. Verder is de software die hiervoor in de tijd is ontwikkeld nog gebaseerd op Windows-98 en draaide in een DOS-shell. De hardware is nogal uitgebreid en moet vanuit een 230V adapter worden gevoed.

Mijn idee is om een nieuwe detector te maken die ten eerste een laag stroomgebruik heeft zodat deze op een klein zonnepaneeltje en-of accu kan draaien en dat de data via WiFi naar de computer of NAS overgezet kan worden. Op dit moment (mei 2026) is er een heel aardig IC te krijgen van AMS met als typenummer: AS3935. Hiermee kan redelijk eenvoudig een detector gebouwd wordt voor de home omgeving. Je krijgt met deze detector dus geen landelijke dekking.

Samenvatting van de beschrijving van de data-sheet:

De AS3935 is een programmeerbare, volledig geïntegreerde bliksem Sensor-IC die de aanwezigheid van potentieel gevaarlijke bliksemactiviteit in de omgeving detecteert en een schatting van de afstand tot de voorkant van de onweersbui maakt. Het ingebouwde bliksemalgoritme controleert het binnenkomende signaalpatroon om de potentiële door de mens veroorzaakte verstoringen eruit te filteren. De AS3935 kan ook informatie geven over het ruisniveau en informeert (bijv. de microcontroller) in geval van een hoge ruisniveau met een ruis drempel generator en een ruis evaluatie systeem. (bron: AMS data sheet v1-04 2016 jan 13)

Deze detector heeft een detectiebereik met een radius van max. 40 km. De detector is dus rondom gevoelig en kan geen richting aangeven. Wel wordt er een getal gegeven voor het berekende energieniveau van de ontlading. Dit getal is een indicatie en geeft geen grootheid weer. De detector kan zowel wolk naar grond als ook wolk naar wolk ontladingen detecteren. Er wordt niet aangegeven welk type er wordt gedetecteerd.

Dit even in het algemeen over het bliksem detectie IC.

Het front-end van de door mij gebouwde opstelling bestaat uit een klein printplaatje waarop het detectie IC, de antenne en een aantal componenten zitten. Dit printje kan als geheel gekocht worden bij b.v. AliExpress. De ontwikkeling die ik zelf doen is het ontwerpen van de software waarmee de detectie module wordt uitgelezen. Het systeem bestaat uit de volgende onderdelen.

Het AS3935 detectie printje.
Micro Processor print met WiFi module. (ESP32)
USB 5V adapter of USB powerpack.

De specificatie die ik voor mijzelf heb gesteld zijn:

Detector met een detectiebereik van 40 km en met een hogere onnauwkeurigheid tot 60 km.
De detector moet eigen stroomvoorziening hebben. (zonnepaneel en/of accu)
Het datatransport moet via WiFi verlopen.
Er moet ondersteuning zijn voor Home Assistant.
Er moer een ingebouwde web-interface in zitten.
Weerbestendig zijn.
Communiceren met een PC of NAS.
Communicatie naar een Smartphone.

De eerste proeven.

Om eerst gevoel te krijgen wat de detector-chip allemaal kan of juist niet kan, heb ik een programma geschreven voor een Arduino-UNO board waarmee ik de data van de detector-chip uitlees en verwerk. Om echt te kunnen testen heb je natuurlijk een onweersbui nodig. Die zijn (mei 2026) nogal schaars. Dus het wachten is daarop. Je kan de detector wel testen door met een pieso aansteker te klikken. Alleen is de detector chip zo goed ontworpen dat deze de ontladingen van de aansteker alleen ziet als verstoringen en niet als bliksemontladingen. Maar goed je kan dan wel de detector testen of deze data afgeeft.

Even een plaatje van de eerste testopstelling. Het deel waar de LED's opzitten is de micro-processor in dit geval een Arduino UNO. Het onderste vreemd vormige printje is de bliksem detector met daarop in het middel de AS3935 detector IC en helemaal onderaan met het stickertje erop de antennespoel.

Zoals boven aangegeven maak ik een proefopstelling met een Arduino UNO processor. Deze opstelling is erg makkelijk te programmeren. Voor de definitieve uitvoering wil ik gebruik maken van een ESP-32 module. Dat is een micro-processor board met WLAN voorzieningen. De software om met dit board een WiFi verbinding te maken is betrekkelijk eenvoudig te ontwikkelen. Er wordt erg veel met dit board gewerkt en er zijn dus veel voorbeelden op het web te vinden die nuttige informatie geven voor het opzetten van de software. Bovendien heeft deze module een USB-interface zodat het later instellen van de WiFi gegevens eenvoudig te realiseren is.

Inmiddels heb ik een aantal proeven kunnen doen tijdens een echte onweersbui. In eerste instantie zaten er nog een paar software probleempjes in mijn programma. Die zijn opgelost. De resultaten zijn niet wat ik verwacht had. Ik denk dat er toch iets aan de hand is met het detector printje. Ten eerste heb ik problemen met het afregelen van de antenne. In de chip AS3935 zit een mode waarmee je de antenne kring kan afregelen rond een frequentie van 496 kHz. Hiervoor zit er een condensator in de chip die digitaal ingesteld kan worden tussen 0 en 120 pF. Je zou bij een gekochte print verwachten dat de nom. frequentie ergens in dit capaciteits bereik ligt. Naar dat is bij mijn print niet het geval. Ook bij de instelling van 0 pF en alle verschillende deelfactoren is de nom. frequentie al te laag en deze wordt lager bij een hogere capaciteits waarde. Dus ik ga toch nog wat spelen met de componenten die rond de antennespoel zitten.

De volgende stap was om de software drivers van de ESP-32 DEVKIT in de Arduino omgeving te zetten. Ook dat was een fluitje van een cent. De eerste versie van de software had in geschreven voor een Arduino UNO. Deze versie kon ik met vrij weinig problemen omzetten naar de ESP-32 omgeving. Het werkte eigenlijk met vrij weinig inspanningen.

Allereerst ben ik begonnen met het schrijven van een stuk software voor de ESP-32 waarmee ik de resonantie frequentie van de antenne kring van de AS3935 kan afregelen. Deze moet nominaal 500 kHz bedragen. Bij de proefjes die ik met de Arduino UNO had gedaan gebruikte ik de I2C interface van de AS3935. De ervaringen waren niet echt goed. De communicatie was niet stabiel genoeg. Bij de overstap naar de ESP-32 heb ik ook meteen de interface naar de AS3935 overgezet naar SPI. Deze werkt beter en is in principe ook sneller.

Ik gebruik de module die ik bij Ali-Express heb gekocht. Het type is de CJMCU. Er zijn erg veel types in omloop waarvan er exemplaren zijn die gewoon niet werken. Om een werkend exemplaar te vinden moet er in ieder geval een chip opzitten met het juiste logo van AMS. Dat is een omgekeerde hoofdletter S, daaronder staat: AS3935 en daaronder een code in de vorm van YYWWQZZ.

Deze module voor de AS3935 heeft in totaal 11 aansluit pennen. De verbindingen naar de ESP-32 zijn als volgt.

AS3935 module	ESP-32	Functie
A0	GND	Niet gebruikt
A1	GND	Niet gebruikt
EN-U	GND	Disable Voltage Regular
IRQ	I/O pen 4	Interrupt van AS3935
SI	GND	Niet gebruikt
CS	I/O pen 5	Chip select SPI-bus
MISO	I/O pen 19	SPI input naar ESP-32
MOSI	I/O pen 23	SPI output van ESP-32
SCL	I/O pen 18	Clock voor SPI-bus
GND	GND	Ground
VCC	3V3	3,3 V power

De IRQ pen heeft 2 functies. Bij de antenne CAP afregel software is geeft het signaal de resonantie frequentie aan van de antenne kring. De frequentie is de resonantie frequentie van de kring / 16. Deze zal nominaal 31.250 Hz bedragen.

Deze pen heeft in het hoofdprogramma een echte IRQ-functie dat aangeeft of er een event is gedetecteerd door de AS3935.

In de AS3935 zit een instelbare capaciteit die parallel staat aan de antenne-kring. De instelling loopt van 0 t/m 16. Hierbij is elke stap omhoog een verhoging van de interne capaciteit met ongeveer 8 pF

De afregelsoftware voor de antenne kring heeft een paar functies.

Automatisch afregelen van de antennekring. (Automatisch Tuning)
Handmatig instellen van de interne capaciteit. (TUN_CAP & LCO)
Debug Log

De software is geschreven in C in de Arduino omgeving en wat tegenwoordig erg makkelijk is met behulp van AI. De software heeft twee modes. Een automatische afregel/meet mode en een handmatige afregel mode. Bij de automatische mode worden alle 16 stappen van de TUN_CAP doorlopen en wordt telkens gedurende 5 seconde de resonantie frequentie van de antenne kring op de IRQ pen gezet. Deze is F-res / 16 in kHz. De software meet deze frequentie en zet de resultaten in een tabel en in een grafiek. De software op mijn telefoon ziet er als volgt uit.

Op het bovenstaande plaatje zie je het openingsscherm van de web-interface van het afregelprogramma. Na het indrukken van de button: Automatische Tuning volgt er eerst een scherm voor het starten van de auto tuning. Deze hele procedure duurt ongeveer 80 seconde waarna er uiteindelijk een tabel en daaronder een grafiek wordt getoond van de 16 stappen van de TUN_CAP. De module van de AS3935 is origineel en wat eigenlijk alle nieuwe modules hebben is, dat de frequentie van de kring te laag is. Dat is te zien in de tabel en de grafiek.

Ik heb de originele 2 condensatoren van de antenne kring die op het printje zitten verwijderd. Met wat rekenwerk kwam ik op een nieuwe waarde van rond de 880 tot 890 pF. Ik heb één condensator van 560 pF en een tweede van 330 pF parallel gemonteerd op het printje dat geeft een totaal van 890 pF. Na een nieuwe meting kwam ik er op uit dat de TUN_CAP waarde op 12 moet staan waarbij de resonantie frequentie van de kring dan 498 kHz wordt. Een prima resultaat dus. aangezien ik twee losse programma's heb, De eerste voor het bepalen van de TUN_CAP en de tweede dat de echte detector software is, Moet ik deze waarde van TUN_CAP = 12 apart in het tweede programma zetten en opnieuw compileren.

De frequentie wordt zoals gezegd op de IRQ-pen gezet. Intern wordt deze frequentie door de ESP-32 gemeten en in de tabel weergegeven. De frequentie op de IRQ pin kan als de afregeling klaar is worden gecontroleerd met b.v. een frequentieteller. In mijn geval heb ik het gemeten met een LogicAnalyzer waarmee in ook de SPI-bus tussen de AS3935 en de ESP-32 monitor.

In de web-software die op de ESP-32 draait is het ook mogelijk om de de TUN_CAP waarde met de hand in te stellen. Dat is te zien op de onderstaande

Als op het eerste scherm op de Button "TUN_CAP & LCO" wordt gedrukt (zie linker afbeelding) dan verschijnt het scherm wat rechts staat afgebeeld. In het bovenste veld kan de TUN_CAP waarde met de hand worden opgegeven. Hierna wordt er op de Button "Toepassen" gedrukt en daarna op de Button "Meet LCO frequentie" Onder de Button verschijnt dan de frequentie in Hz.

Na zowel de automatische als ook na de handmatige afregeling kan er vervolgens op de Button "Debug Log" worden gedrukt. Dan verschijnen alle stappen die het programma heeft doorlopen in een lijst. (zie de onderstaande afbeeldingen)

De uiteindelijke gevonden waarde voor TUN_CAP heb ik vervolgens gebruikt in het hoofdprogramma van de bliksem detector. Ik heb bewust gekozen om het afregelen en de detectie functie te scheiden. De "SparkFun_AS3935.h" file die ik gebruik in het detector programma bood geen ondersteuning voor de juiste afregel methode. Bovendien is het niet nodig om, elke keer als je de detector software opstart, dat de antenne opnieuw wordt afgeregeld. Dat kost onnodig veel tijd.

Hieronder staan afbeeldingen van de testopstelling waarmee ik de afregelsoftware heb ontwikkeld en de AS3935 printje kan afregelen. Ik heb een verloopprintje gemaakt waarop ik zowel de LogicAnalyzer kan aansluiten en ook het te meten AS3935 printje.

Ik heb nog even een tweede AS3935 module afgeregeld om te zien of alles goed werkt. Volgens de berekeningen zou de externe capaciteits waarde 830 pF moeten zijn bij een stand van TUN_CAP = 8. Ik heb gekozen om een condensator van 560 pF parallel aan een condensator van 270 pF te schakelen. De meetresultaten die in de web interface worden weergegeven staan hieronder. De meest optimale waarde is TUN_CAP = 11.

Gekozen is voor de waarde van TUP_CAP = 11

De Detector en het Programma.

De volgende stap is een stuk software bouwen waarmee de bliksem detector wordt gemonitord.

wordt vervolgt...