Meteorološke stanice popularan su projekt za eksperimentiranje s raznim senzorima okoliša, a za određivanje brzine i smjera vjetra obično se odabiru jednostavan anemometar u obliku čašice i vjetrokaz. Za Jianjia Maovu QingStation odlučio je izgraditi drugačiju vrstu senzora vjetra: ultrazvučni anemometar.
Ultrazvučni anemometri nemaju pokretnih dijelova, ali kompromis je značajno povećanje elektroničke složenosti. Rade mjereći vrijeme potrebno da se ultrazvučni impuls odrazi do prijemnika 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 pažljiv dizajn analognog pojačala na prijemnom kraju i opsežnu obradu signala kako bi se izvukao ispravan signal iz sekundarnih odjeka, višestrukog 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 instalirao anemometar na krov svog automobila i otišao. Rezultirajuća vrijednost proporcionalna je GPS brzini automobila, ali nešto veća. To može biti posljedica pogrešaka u izračunu ili vanjskih čimbenika poput vjetra ili poremećaja strujanja zraka iz ispitnog 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 dodao i IMU, kompas, GPS i mikrofon za ambijentalni zvuk.
Zahvaljujući napretku u senzorima, elektronici i tehnologiji izrade prototipova, izgradnja osobne meteorološke stanice lakša je nego ikad. Dostupnost jeftinih mrežnih modula omogućuje nam da osiguramo da ovi IoT uređaji mogu prenositi svoje informacije u javne baze podataka, pružajući lokalnim zajednicama relevantne vremenske podatke u njihovoj okolini.
Manolis Nikiforakis pokušava izgraditi Vremensku piramidu, potpuno čvrsti, energetski i komunikacijski autonomni uređaj za mjerenje vremena, dizajniran za primjenu u velikim razmjerima. Meteorološke stanice obično su opremljene senzorima koji mjere temperaturu, tlak, vlažnost, brzinu vjetra i oborine. Dok se većina ovih parametara može mjeriti pomoću čvrstih senzora, određivanje brzine vjetra, smjera i oborina obično zahtijeva neki oblik elektromehaničkog uređaja.
Dizajn takvih senzora je složen i izazovan. Prilikom planiranja velikih instalacija, također je potrebno osigurati da su isplativi, jednostavni za instalaciju i da 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 o tome kako riješiti ove probleme. Planira snimati brzinu i smjer vjetra s akcelerometra, žiroskopa i kompasa u inercijalnoj 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 ubrusu i čini se uvjerenim da će dati rezultate koji su mu potrebni prilikom testiranja prototipa. Detekcija kiše obavljat će se pomoću kapacitivnih senzora s namjenskim senzorom kao što je MPR121 ili ugrađenom funkcijom dodira u ESP32. Dizajn i položaj staza elektroda vrlo su važni za ispravno mjerenje oborina detekcijom kapljica kiše. Veličina, oblik i raspodjela težine kućišta u kojem je senzor montiran također su ključni jer utječu na domet, rezoluciju i točnost instrumenta. Manolis radi na nekoliko ideja za dizajn 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 pretvarača, orijentirana prema sjeveru, jugu, istoku i zapadu, za detekciju brzine vjetra. Mjerenjem vremena potrebnog da ultrazvučni impuls 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.
Vrijeme objave: 19. travnja 2024.