Ultraskaņas anemometrs

Meteoroloģiskās stacijas ir populārs projekts eksperimentēšanai ar dažādiem vides sensoriem, un vēja ātruma un virziena noteikšanai parasti tiek izvēlēts vienkāršs kausveida anemometrs un vējrādītājs.Jianjia Ma's QingStation viņš nolēma izveidot cita veida vēja sensoru: ultraskaņas anemometru.
Ultraskaņas anemometriem nav kustīgu daļu, bet kompromiss ir ievērojams elektroniskās sarežģītības pieaugums.Tie darbojas, mērot laiku, kas nepieciešams, lai ultraskaņas skaņas impulss atspoguļotos uztvērējā zināmā attālumā.Vēja virzienu var aprēķināt, ņemot ātruma rādījumus no diviem ultraskaņas sensoru pāriem, kas ir perpendikulāri viens otram, un izmantojot vienkāršu trigonometriju.Pareizai ultraskaņas anemometra darbībai ir nepieciešama rūpīga analogā pastiprinātāja projektēšana uztveršanas galā un plaša signāla apstrāde, lai iegūtu pareizo signālu no sekundārajām atbalsīm, daudzceļu izplatīšanās un visiem apkārtējās vides radītajiem trokšņiem.Projektēšanas un eksperimentālās procedūras ir labi dokumentētas.Tā kā [Jianjia] nevarēja izmantot vēja tuneli testēšanai un kalibrēšanai, viņš uz laiku uzstādīja anemometru uz savas automašīnas jumta un devās prom.Iegūtā vērtība ir proporcionāla automašīnas GPS ātrumam, bet nedaudz lielāka.Tas var būt saistīts ar aprēķinu kļūdām vai ārējiem faktoriem, piemēram, vēja vai gaisa plūsmas traucējumiem no testa transportlīdzekļa vai citas ceļu satiksmes.
Citi sensori ietver optiskos lietus sensorus, gaismas sensorus, gaismas sensorus un BME280 gaisa spiediena, mitruma un temperatūras mērīšanai.Jianjia plāno izmantot QingStation uz autonomas laivas, tāpēc viņš pievienoja arī IMU, kompasu, GPS un mikrofonu apkārtējai skaņai.
Pateicoties sensoru, elektronikas un prototipu veidošanas tehnoloģiju attīstībai, personīgās meteoroloģiskās stacijas izveide ir vienkāršāka nekā jebkad agrāk.Zemu izmaksu tīkla moduļu pieejamība ļauj mums nodrošināt, ka šīs IoT ierīces var pārsūtīt savu informāciju uz publiskām datu bāzēm, nodrošinot vietējām kopienām atbilstošus laikapstākļu datus savā apkārtnē.
Manolis Nikiforakis mēģina izveidot laikapstākļu piramīdu, kas ir pilnīgi cietvielu, bez apkopes, enerģijas un sakaru autonomu laikapstākļu mērīšanas ierīci, kas paredzēta liela mēroga izvietošanai.Parasti meteoroloģiskās stacijas ir aprīkotas ar sensoriem, kas mēra temperatūru, spiedienu, mitrumu, vēja ātrumu un nokrišņu daudzumu.Lai gan lielāko daļu šo parametru var izmērīt, izmantojot cietvielu sensorus, vēja ātruma, virziena un nokrišņu noteikšanai parasti ir nepieciešama kāda veida elektromehāniska ierīce.
Šādu sensoru dizains ir sarežģīts un izaicinošs.Plānojot lielus izvietojumus, jums arī jāpārliecinās, ka tie ir rentabli, viegli uzstādāmi un tiem nav nepieciešama bieža apkope.Visu šo problēmu novēršana varētu novest pie uzticamāku un lētāku meteoroloģisko staciju būvniecības, kuras pēc tam lielā skaitā varētu uzstādīt attālos apgabalos.
Manolim ir dažas idejas, kā šīs problēmas atrisināt.Viņš plāno fiksēt vēja ātrumu un virzienu no akselerometra, žiroskopa un kompasa inerciālā sensora vienībā (IMU) (iespējams, MPU-9150).Plāns ir izsekot IMU sensora kustībai, kad tas brīvi šūpojas uz kabeļa, piemēram, svārsta.Viņš ir veicis dažus aprēķinus uz salvetes un šķiet pārliecināts, ka tie dos vajadzīgos rezultātus, pārbaudot prototipu.Nokrišņu noteikšana tiks veikta, izmantojot kapacitatīvos sensorus, izmantojot īpašu sensoru, piemēram, MPR121 vai ESP32 iebūvēto pieskāriena funkciju.Elektrodu sliežu ceļa konstrukcija un izvietojums ir ļoti svarīgs pareizai nokrišņu mērīšanai, nosakot lietus lāses.Korpusa izmēram, formai un svara sadalījumam, kurā ir uzstādīts sensors, arī ir izšķiroša nozīme, jo tie ietekmē instrumenta diapazonu, izšķirtspēju un precizitāti.Manolis strādā pie vairākām dizaina idejām, kuras viņš plāno izmēģināt, pirms izlemt, vai visa meteoroloģiskā stacija atradīsies rotējošā korpusa iekšpusē vai tikai sensori.
Intereses par meteoroloģiju dēļ [Kārls] uzbūvēja meteoroloģisko staciju. Jaunākais no tiem ir ultraskaņas vēja sensors, kas vēja ātruma noteikšanai izmanto ultraskaņas impulsu lidojuma laiku.
Carla sensors izmanto četrus ultraskaņas devējus, kas orientēti uz ziemeļiem, dienvidiem, austrumiem un rietumiem, lai noteiktu vēja ātrumu.Izmērot laiku, kas nepieciešams, lai ultraskaņas impulss pārvietotos starp sensoriem telpā, un atņemot lauka mērījumus, mēs iegūstam lidojuma laiku katrai asij un līdz ar to arī vēja ātrumu.
Šī ir iespaidīga inženiertehnisko risinājumu demonstrācija, ko papildina satriecoši detalizēts projekta ziņojums.