Ultrazvučni anemometar

Meteorološke stanice popularan su projekt za eksperimentiranje s raznim senzorima za okoliš, a za određivanje brzine i smjera vjetra obično se biraju jednostavni čašasti anemometar i vjetrokaz.Za QingStation Jianjia Ma odlučio je izgraditi drugačiji tip senzora vjetra: ultrazvučni anemometar.
Ultrazvučni anemometri nemaju pomičnih dijelova, ali kompromis je značajno povećanje elektroničke složenosti.Djeluju tako da mjere vrijeme koje je potrebno da se ultrazvučni zvučni impuls reflektira do prijamnika na poznatoj udaljenosti.Smjer vjetra može se izračunati očitavanjem brzine s dva para ultrazvučnih senzora okomitih jedan na drugi i korištenjem jednostavne trigonometrije.Ispravan rad ultrazvučnog anemometra zahtijeva pažljivo projektiranje analognog pojačala na prijemnom kraju i opsežnu obradu signala kako bi se izdvojio točan signal iz sekundarnih odjeka, višestaznog širenja i sve buke uzrokovane okolinom.Dizajn i eksperimentalni postupci dobro su dokumentirani.Budući da [Jianjia] nije mogao koristiti zračni tunel za testiranje i kalibraciju, privremeno je postavio anemometar na krov svog automobila i otišao.Dobivena vrijednost proporcionalna je GPS brzini automobila, ali nešto viša.To može biti posljedica pogrešaka u izračunu ili vanjskih čimbenika kao što su vjetar ili smetnje protoka zraka od testnog vozila ili drugog cestovnog prometa.
Ostali senzori uključuju optičke senzore za kišu, svjetlosne senzore, svjetlosne senzore i BME280 za mjerenje tlaka zraka, vlažnosti i temperature.Jianjia planira koristiti QingStation na autonomnom brodu, pa je također dodao IMU, kompas, GPS i mikrofon za ambijentalni zvuk.
Zahvaljujući napretku u senzorima, elektronici i tehnologiji izrade prototipova, izgradnja osobne meteorološke stanice lakša je nego ikada.Dostupnost jeftinih mrežnih modula omogućuje nam da osiguramo da ovi IoT uređaji mogu prenijeti svoje informacije u javne baze podataka, pružajući lokalnim zajednicama relevantne vremenske podatke u njihovoj okolini.
Manolis Nikiforakis pokušava izgraditi vremensku piramidu, uređaj za mjerenje vremena u potpunom stanju, bez održavanja, energetski i komunikacijski autonoman, dizajniran za široku primjenu.Obično su meteorološke stanice opremljene senzorima koji mjere temperaturu, tlak, vlažnost, brzinu vjetra i oborine.Dok se većina ovih parametara može mjeriti pomoću poluprovodničkih senzora, određivanje brzine vjetra, smjera i količine oborine obično zahtijeva neki oblik elektromehaničkog uređaja.
Dizajn takvih senzora je složen i izazovan.Kada planirate velike implementacije, također morate osigurati da su isplativi, jednostavni za instalaciju i ne zahtijevaju često održavanje.Uklanjanje svih ovih problema moglo bi dovesti do izgradnje pouzdanijih i jeftinijih meteoroloških stanica, koje bi se zatim mogle instalirati u velikom broju u udaljenim područjima.
Manolis ima neke ideje kako riješiti te probleme.Planira uhvatiti brzinu i smjer vjetra pomoću akcelerometra, žiroskopa i kompasa u inercijskoj senzorskoj jedinici (IMU) (vjerojatno MPU-9150).Plan je pratiti kretanje IMU senzora dok se slobodno njiše na kabelu, poput njihala.Napravio je neke izračune na salveti i čini se uvjerenim da će dati rezultate koji su mu potrebni prilikom testiranja prototipa.Očitavanje padalina vršit će se pomoću kapacitivnih senzora koji koriste namjenski senzor kao što je MPR121 ili ugrađenu funkciju dodira u ESP32.Dizajn i položaj staza elektroda vrlo su važni za ispravno mjerenje oborine detektiranjem kapi kiše.Veličina, oblik i raspodjela težine kućišta u kojem je senzor montiran također su kritični jer utječu na raspon, rezoluciju i točnost instrumenta.Manolis radi na nekoliko dizajnerskih ideja koje planira isprobati prije nego što odluči hoće li cijela meteorološka stanica biti unutar rotirajućeg kućišta ili samo senzori unutra.
Zbog svog interesa za meteorologiju, [Karl] je izgradio meteorološku stanicu. Najnoviji od njih je ultrazvučni senzor vjetra, koji koristi vrijeme leta ultrazvučnih impulsa za određivanje brzine vjetra.
Carlin senzor koristi četiri ultrazvučna pretvornika, usmjerena prema sjeveru, jugu, istoku i zapadu, za otkrivanje brzine vjetra.Mjerenjem vremena potrebnog ultrazvučnom impulsu da putuje između senzora u prostoriji i oduzimanjem mjerenja polja, dobivamo vrijeme leta za svaku os, a time i brzinu vjetra.
Ovo je impresivna demonstracija inženjerskih rješenja, popraćena zapanjujuće detaljnim izvješćem o dizajnu.