Meteorologické stanice jsou oblíbeným projektem pro experimentování s různými senzory prostředí a pro určení rychlosti a směru větru se obvykle volí jednoduchý hrnkový anemometr a korouhvička. Pro svou stanici QingStation se Jianjia Ma rozhodl postavit jiný typ senzoru větru: ultrazvukový anemometr.
Ultrazvukové anemometry nemají žádné pohyblivé části, ale nevýhodou je značné zvýšení elektronické složitosti. Fungují na principu měření doby, za kterou se ultrazvukový zvukový impuls odrazí k přijímači ve známé vzdálenosti. Směr větru lze vypočítat naměřením rychlosti ze dvou párů ultrazvukových senzorů kolmých na sebe a pomocí jednoduché trigonometrie. Správný provoz ultrazvukového anemometru vyžaduje pečlivý návrh analogového zesilovače na přijímacím konci a rozsáhlé zpracování signálu, aby se extrahoval správný signál ze sekundárních ozvěn, vícecestného šíření a veškerého šumu způsobeného prostředím. Konstrukční a experimentální postupy jsou dobře zdokumentovány. Protože [Jianjia] nemohl k testování a kalibraci použít aerodynamický tunel, 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 jsou vítr nebo rušení prouděním vzduchu z testovaného vozidla nebo jiného silničního provozu.
Mezi další senzory patří optické dešťové senzory, světelné senzory a BME280 pro měření tlaku vzduchu, vlhkosti a teploty. Jianjia plánuje použít QingStation na autonomní lodi, takže přidal také IMU, kompas, GPS a mikrofon pro snímání okolního zvuku.
Díky pokroku v senzorech, elektronice a technologii prototypování je stavba osobní meteorologické stanice snazší než kdy dříve. Dostupnost levných síťových modulů nám umožňuje zajistit, aby tato zařízení internetu věcí mohla přenášet své informace do veřejných databází a poskytovat tak místním komunitám relevantní údaje o počasí v jejich okolí.
Manolis Nikiforakis se snaží postavit meteorologickou pyramidu, plně polovodičové, bezúdržbové, energeticky a komunikačně autonomní zařízení pro měření počasí určené pro rozsáhlé nasazení. 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 větru, směru a srážek obvykle vyžaduje nějakou formu elektromechanického zařízení.
Návrh takových senzorů je složitý a náročný. Při plánování rozsáhlých nasazení je také třeba zajistit, aby byly nákladově efektivní, snadno se instalovatelné a nevyžadovaly častou údržbu. Odstranění všech těchto problémů by mohlo vést k výstavbě spolehlivějších a levnějších meteorologických stanic, které by pak mohly být instalovány ve velkém počtu v odlehlých oblastech.
Manolis má několik nápadů, jak tyto problémy vyřešit. Plánuje zaznamenávat rychlost a směr větru z akcelerometru, gyroskopu a kompasu v inerciální senzorové jednotce (IMU) (pravděpodobně MPU-9150). Plánem je sledovat pohyb senzoru IMU, jak se volně kymácí na lanku, jako kyvadlo. Provedl několik výpočtů na ubrousku a zdá se být si jistý, že při testování prototypu poskytnou výsledky, které potřebuje. Snímání srážek bude prováděno pomocí kapacitních senzorů s využitím specializovaného senzoru, jako je MPR121, nebo vestavěné dotykové funkce v ESP32. Konstrukce a umístění elektrodových drah jsou velmi důležité pro správné měření srážek detekcí dešťových kapek. Velikost, tvar a rozložení hmotnosti pouzdra, ve kterém je senzor namontován, jsou také kritické, protože ovlivňují dosah, rozlišení a přesnost přístroje. Manolis pracuje na několika konstrukčních nápadech, které plánuje vyzkoušet, než se rozhodne, zda bude celá meteorologická stanice uvnitř rotujícího pouzdra, nebo jen senzory uvnitř.
Kvůli svému zájmu o meteorologii si [Karl] postavil meteorologickou stanici. Nejnovější z nich je ultrazvukový senzor větru, který využívá dobu letu ultrazvukových impulsů k určení rychlosti větru.
Carlin senzor využívá k detekci rychlosti větru čtyři ultrazvukové měniče orientované na sever, jih, východ a západ. Změřením doby, kterou ultrazvukový impuls potřebuje k cestě mezi senzory v místnosti, a odečtením naměřených hodnot pole získáme dobu letu pro každou osu, a tedy i rychlost větru.
Toto je působivá ukázka inženýrských řešení, doprovázená ohromující podrobnou konstrukční zprávou.
Čas zveřejnění: 19. dubna 2024