Ultrazvukový anemometr

Meteorologické stanice jsou oblíbeným projektem pro experimentování s různými senzory prostředí a k určení rychlosti a směru větru se obvykle volí jednoduchý pohárový anemometr a korouhvička.Pro QingStation Jianjia Ma se rozhodl postavit jiný typ větrného senzoru: ultrazvukový anemometr.
Ultrazvukové anemometry nemají žádné pohyblivé části, ale kompromisem je výrazné zvýšení elektronické složitosti.Fungují tak, že měří čas potřebný k odrazu ultrazvukového zvukového impulsu k přijímači ve známé vzdálenosti.Směr větru lze vypočítat odečtením rychlosti ze dvou párů ultrazvukových senzorů, které jsou na sebe kolmé, a pomocí jednoduché trigonometrie.Správná činnost ultrazvukového anemometru vyžaduje pečlivý návrh analogového zesilovače na přijímací straně a rozsáhlé zpracování signálu pro extrakci správného signálu ze sekundárních ozvěn, vícecestného šíření a veškerého šumu způsobeného okolním prostředím.Návrh a experimentální postupy jsou dobře zdokumentovány.Protože [Jianjia] nebyl schopen použít aerodynamický tunel pro testování a kalibraci, dočasně nainstaloval anemometr na střechu svého auta a odešel.Výsledná hodnota je úměrná rychlosti GPS auta, ale o něco vyšší.To může být způsobeno chybami ve výpočtu nebo vnějšími faktory, jako je vítr nebo poruchy proudění vzduchu ze zkušebního vozidla nebo jiného silničního provozu.
Mezi další senzory patří optické dešťové senzory, světelné senzory, světelné senzory a BME280 pro měření tlaku vzduchu, vlhkosti a teploty.Jianjia plánuje používat QingStation na autonomní lodi, takže přidal také IMU, kompas, GPS a mikrofon pro okolní zvuk.
Díky pokroku v senzorech, elektronice a technologii prototypování je stavba osobní meteorologické stanice snazší než kdy předtím.Dostupnost nízkonákladových síťových modulů nám umožňuje zajistit, aby tato zařízení internetu věcí mohla přenášet své informace do veřejných databází a poskytovat místním komunitám relevantní údaje o počasí ve svém okolí.
Manolis Nikiforakis se snaží postavit Weather Pyramid, plně polovodičové, bezúdržbové, energeticky a komunikační autonomní zařízení pro měření počasí navržené pro nasazení ve velkém měřítku.Meteorologické stanice jsou obvykle vybaveny senzory, které měří teplotu, tlak, vlhkost, rychlost větru a srážky.Zatímco většinu těchto parametrů lze měřit pomocí polovodičových senzorů, určení rychlosti, směru a srážek větru obvykle vyžaduje nějakou formu elektromechanického zařízení.
Konstrukce takových senzorů je složitá a náročná.Při plánování velkých nasazení musíte také zajistit, aby byly nákladově efektivní, snadno se instalovaly a nevyžadovaly častou údržbu.Odstranění všech těchto problémů by mohlo vést k výstavbě spolehlivějších a levnějších meteostanic, které by pak mohly být instalovány ve velkém v odlehlých oblastech.
Manolis má několik nápadů, jak tyto problémy vyřešit.Plánuje zachytit rychlost a směr větru z akcelerometru, gyroskopu a kompasu v inerciální senzorové jednotce (IMU) (pravděpodobně MPU-9150).V plánu je sledovat pohyb senzoru IMU, jak se volně houpe na kabelu, jako kyvadlo.Udělal nějaké výpočty na ubrousku a zdá se, že je přesvědčen, že při testování prototypu poskytnou výsledky, které potřebuje.Snímání dešťových srážek bude prováděno pomocí kapacitních senzorů pomocí speciálního senzoru, jako je MPR121 nebo vestavěné dotykové funkce v ESP32.Konstrukce a umístění elektrodových drah jsou velmi důležité pro správné měření srážek pomocí detekce dešťových kapek.Velikost, tvar a rozložení hmotnosti pouzdra, ve kterém je snímač namontován, jsou také kritické, protože ovlivňují dosah, rozlišení a přesnost přístroje.Manolis pracuje na několika designových nápadech, které má v plánu vyzkoušet, než se rozhodne, zda bude uvnitř otočného krytu celá meteorologická stanice nebo jen senzory uvnitř.
Kvůli svému zájmu o meteorologii postavil [Karl] meteorologickou stanici. Nejnovější z nich je ultrazvukový senzor větru, který využívá dobu letu ultrazvukových pulsů k určení rychlosti větru.
Snímač Carla používá čtyři ultrazvukové snímače, orientované na sever, jih, východ a západ, k detekci rychlosti větru.Měřením doby, kterou ultrazvukový puls projde mezi senzory v místnosti, a odečtením měření v terénu získáme dobu letu pro každou osu a tedy i rychlost větru.
Jedná se o působivou ukázku inženýrských řešení, doprovázenou úžasně podrobným návrhem.