Ultrazvočni anemometer

Vremenske postaje so priljubljen projekt za eksperimentiranje z različnimi okoljskimi senzorji, za določanje hitrosti in smeri vetra pa se običajno izbereta preprost skodelicni anemometer in vremenska loputa.Za postajo QingStation Jianjia Ma se je odločil zgraditi drugačno vrsto senzorja vetra: ultrazvočni anemometer.
Ultrazvočni anemometri nimajo gibljivih delov, vendar je kompromis znatno povečanje elektronske kompleksnosti.Delujejo tako, da merijo čas, ki je potreben, da se ultrazvočni zvočni impulz odbije do sprejemnika na znani razdalji.Smer vetra je mogoče izračunati z odčitavanjem hitrosti dveh parov ultrazvočnih senzorjev, pravokotnih drug na drugega, in z uporabo preproste trigonometrije.Pravilno delovanje ultrazvočnega anemometra zahteva skrbno načrtovanje analognega ojačevalnika na sprejemnem koncu in obsežno obdelavo signala, da se izloči pravilen signal iz sekundarnih odmevov, večpotnega širjenja in vsega hrupa, ki ga povzroča okolje.Zasnova in eksperimentalni postopki so dobro dokumentirani.Ker [Jianjia] ni mogel uporabiti vetrovnika za testiranje in kalibracijo, je začasno namestil anemometer na streho svojega avtomobila in odšel.Dobljena vrednost je sorazmerna s hitrostjo GPS avtomobila, vendar nekoliko višja.To je lahko posledica računskih napak ali zunanjih dejavnikov, kot so veter ali motnje zračnega toka iz preskusnega vozila ali drugega cestnega prometa.
Drugi senzorji vključujejo optične senzorje za dež, svetlobne senzorje, svetlobne senzorje in BME280 za merjenje zračnega tlaka, vlažnosti in temperature.Jianjia načrtuje uporabo QingStation na avtonomnem čolnu, zato je dodal tudi IMU, kompas, GPS in mikrofon za ambientalni zvok.
Zahvaljujoč napredku senzorjev, elektronike in tehnologije izdelave prototipov je izdelava osebne vremenske postaje lažja kot kdaj koli prej.Razpoložljivost poceni omrežnih modulov nam omogoča, da zagotovimo, da lahko te naprave IoT prenašajo svoje informacije v javne baze podatkov, kar lokalnim skupnostim zagotavlja relevantne vremenske podatke v njihovi okolici.
Manolis Nikiforakis poskuša zgraditi vremensko piramido, popolnoma polprevodniško napravo za merjenje vremena, ki ne potrebuje vzdrževanja, je energijsko in komunikacijsko avtonomna, zasnovana za uporabo v velikem obsegu.Običajno so vremenske postaje opremljene s senzorji, ki merijo temperaturo, tlak, vlažnost, hitrost vetra in padavine.Medtem ko je večino teh parametrov mogoče izmeriti s polprevodniškimi senzorji, je za določanje hitrosti, smeri in padavin običajno potrebna neka oblika elektromehanske naprave.
Zasnova takih senzorjev je zapletena in zahtevna.Ko načrtujete velike uvedbe, morate tudi zagotoviti, da so stroškovno učinkovite, enostavne za namestitev in ne zahtevajo pogostega vzdrževanja.Odprava vseh teh težav bi lahko privedla do gradnje bolj zanesljivih in cenejših vremenskih postaj, ki bi jih nato lahko množično namestili na oddaljenih območjih.
Manolis ima nekaj idej, kako rešiti te težave.Načrtuje zajeti hitrost in smer vetra iz merilnika pospeška, žiroskopa in kompasa v inercialni senzorski enoti (IMU) (verjetno MPU-9150).Načrt je slediti gibanju senzorja IMU, ko prosto niha na kablu, kot nihalo.Opravil je nekaj izračunov na prtičku in zdi se prepričan, da bodo dali rezultate, ki jih potrebuje pri testiranju prototipa.Zaznavanje padavin se bo izvajalo s kapacitivnimi senzorji z namenskim senzorjem, kot je MPR121, ali vgrajeno funkcijo na dotik v ESP32.Zasnova in lokacija elektrodnih sledi sta zelo pomembna za pravilno merjenje padavin z zaznavanjem dežnih kapljic.Velikost, oblika in porazdelitev teže ohišja, v katerem je senzor nameščen, so prav tako kritične, saj vplivajo na obseg, ločljivost in natančnost instrumenta.Manolis dela na več oblikovalskih zamislih, ki jih namerava preizkusiti, preden se odloči, ali bo celotna vremenska postaja znotraj vrtljivega ohišja ali samo senzorji v notranjosti.
Zaradi svojega zanimanja za meteorologijo je [Karl] zgradil vremensko postajo. Najnovejši med njimi je ultrazvočni senzor vetra, ki uporablja čas letenja ultrazvočnih impulzov za določanje hitrosti vetra.
Carlin senzor uporablja štiri ultrazvočne pretvornike, usmerjene proti severu, jugu, vzhodu in zahodu, za zaznavanje hitrosti vetra.Z merjenjem časa, ki ga ultrazvočni impulz potrebuje, da potuje med senzorji v prostoru, in odštevanjem terenskih meritev dobimo čas leta za vsako os in s tem hitrost vetra.
To je impresivna predstavitev inženirskih rešitev, ki jo spremlja osupljivo podrobno poročilo o zasnovi.