Ултразвучен анемометар

Метеоролошките станици се популарен проект за експериментирање со различни сензори за животната средина, а обично се избираат едноставни чаши анемометар и временска ветроза за да се одреди брзината и насоката на ветерот.За QingStation на Jianjia Ma, тој одлучи да изгради различен тип на сензор за ветер: ултразвучен анемометар.
Ултразвучните анемометри немаат подвижни делови, но компромисот е значително зголемување на електронската сложеност.Тие работат со мерење на времето потребно за ултразвучен звучен пулс да се одрази на приемник на познато растојание.Насоката на ветрот може да се пресмета со земање отчитувања на брзината од два пара ултразвучни сензори нормално едни на други и со користење на едноставна тригонометрија.Правилната работа на ултразвучниот анемометар бара внимателен дизајн на аналогниот засилувач на приемниот крај и обемна обработка на сигналот за да се извлече точниот сигнал од секундарните ехо, ширењето на повеќе патеки и целиот шум предизвикан од околината.Дизајнот и експерименталните процедури се добро документирани.Бидејќи [Џианџија] не можеше да го користи тунелот за ветер за тестирање и калибрација, тој привремено го постави анемометарот на покривот на својот автомобил и замина.Добиената вредност е пропорционална на брзината на GPS на автомобилот, но малку повисока.Ова може да се должи на грешки во пресметките или надворешни фактори како што се нарушувања на ветерот или протокот на воздух од возилото за тестирање или друг патен сообраќај.
Други сензори вклучуваат оптички сензори за дожд, сензори за светлина, сензори за светлина и BME280 за мерење на воздушниот притисок, влажноста и температурата.Jianjia планира да ја користи QingStation на автономен брод, па додаде и IMU, компас, GPS и микрофон за амбиентален звук.
Благодарение на напредокот во сензорите, електрониката и технологијата за прототипови, изградбата на лична метеоролошка станица е полесна од кога било.Достапноста на евтините мрежни модули ни овозможува да се осигураме дека овие IoT уреди можат да ги пренесат своите информации до јавните бази на податоци, обезбедувајќи им на локалните заедници релевантни временски податоци во нивната околина.
Манолис Никифоракис се обидува да изгради временска пирамида, целосно цврста состојба, без одржување, автономен уред за мерење на времето за енергија и комуникации, дизајниран за распоредување во големи размери.Вообичаено, метеоролошките станици се опремени со сензори кои ја мерат температурата, притисокот, влажноста, брзината на ветерот и врнежите.Додека повеќето од овие параметри може да се измерат со помош на сензори во цврста состојба, определувањето на брзината на ветерот, насоката и врнежите обично бара некоја форма на електромеханички уред.
Дизајнот на таквите сензори е сложен и предизвикувачки.Кога планирате големи распоредувања, исто така треба да се осигурате дека тие се економични, лесни за инсталирање и не бараат често одржување.Елиминирањето на сите овие проблеми може да доведе до изградба на посигурни и поевтини метеоролошки станици, кои потоа би можеле да се инсталираат во голем број во оддалечените области.
Манолис има неколку идеи како да ги реши овие проблеми.Тој планира да ја сними брзината и насоката на ветерот од акцелерометарот, жироскопот и компасот во единицата за инерцијален сензор (IMU) (веројатно MPU-9150).Планот е да се следи движењето на сензорот IMU додека тој слободно се лула на кабел, како нишало.Тој направил некои пресметки на салфетка и изгледа уверен дека тие ќе ги дадат резултатите што му се потребни при тестирањето на прототипот.Сензорот за врнежи ќе се врши со помош на капацитивни сензори со помош на наменски сензор како што е MPR121 или вградената функција на допир во ESP32.Дизајнот и локацијата на патеките на електродата се многу важни за правилно мерење на врнежите со откривање на капки дожд.Големината, обликот и распределбата на тежината на куќиштето во кое е монтиран сензорот се исто така критични бидејќи тие влијаат на опсегот, резолуцијата и точноста на инструментот.Манолис работи на неколку дизајнерски идеи кои планира да ги испроба пред да одлучи дали целата метеоролошка станица ќе биде внатре во ротирачкото куќиште или само сензорите внатре.
Поради неговиот интерес за метеорологијата, [Карл] изгради метеоролошка станица. Најновата од нив е ултразвучниот сензор за ветер, кој го користи времето на летот на ултразвучните импулси за да ја одреди брзината на ветерот.
Сензорот на Карла користи четири ултразвучни трансдуктори, ориентирани кон север, југ, исток и запад, за да ја открие брзината на ветерот.Со мерење на времето потребно за патување на ултразвучен пулс помеѓу сензорите во просторијата и одземање на мерењата на теренот, го добиваме времето на летот за секоја оска, а со тоа и брзината на ветерот.
Ова е импресивна демонстрација на инженерски решенија, придружена со неверојатно детален извештај за дизајн.