Метеорологичните станции са популярен проект за експериментиране с различни сензори за околната среда, като обикновено се избират обикновен анемометър с форма на чашка и ветропоказател, за да се определи скоростта и посоката на вятъра. За станцията QingStation на Jianjia Ma той решава да изгради различен тип сензор за вятър: ултразвуков анемометър.
Ултразвуковите анемометъри нямат движещи се части, но компромисът е значително увеличение на електронната сложност. Те работят, като измерват времето, необходимо на ултразвуков звуков импулс да се отрази до приемник на известно разстояние. Посоката на вятъра може да се изчисли, като се вземат показания за скоростта от два чифта ултразвукови сензори, перпендикулярни един на друг, и се използва проста тригонометрия. Правилната работа на ултразвуков анемометър изисква внимателно проектиране на аналоговия усилвател в приемащия край и обширна обработка на сигнала, за да се извлече правилният сигнал от вторичните ехота, многопътното разпространение и всички шумове, причинени от околната среда. Проектирането и експерименталните процедури са добре документирани. Тъй като [Jianjia] не е могъл да използва аеродинамичния тунел за тестване и калибриране, той временно е инсталирал анемометъра на покрива на колата си и е тръгнал. Получената стойност е пропорционална на GPS скоростта на автомобила, но малко по-висока. Това може да се дължи на грешки в изчисленията или външни фактори, като например вятър или смущения на въздушния поток от тестваното превозно средство или друг пътен трафик.
Други сензори включват оптични сензори за дъжд, сензори за светлина, сензори за осветление и BME280 за измерване на въздушно налягане, влажност и температура. Jianjia планира да използва QingStation на автономна лодка, така че той добави и IMU, компас, GPS и микрофон за околен звук.
Благодарение на напредъка в сензорите, електрониката и технологиите за създаване на прототипи, изграждането на лична метеорологична станция е по-лесно от всякога. Наличието на евтини мрежови модули ни позволява да гарантираме, че тези IoT устройства могат да предават информацията си към публични бази данни, предоставяйки на местните общности подходящи метеорологични данни в околностите им.
Манолис Никифоракис се опитва да изгради „Метеорологична пирамида“ – изцяло твърдотелно, без нужда от поддръжка, автономно откъм енергия и комуникации устройство за измерване на времето, предназначено за мащабно внедряване. Обикновено метеорологичните станции са оборудвани със сензори, които измерват температура, налягане, влажност, скорост на вятъра и валежи. Докато повечето от тези параметри могат да бъдат измерени с помощта на твърдотелни сензори, определянето на скоростта, посоката на вятъра и валежите обикновено изисква някаква форма на електромеханично устройство.
Проектирането на такива сензори е сложно и предизвикателно. Когато планирате големи инсталации, е необходимо също така да се уверите, че те са рентабилни, лесни за инсталиране и не изискват честа поддръжка. Премахването на всички тези проблеми би могло да доведе до изграждането на по-надеждни и по-евтини метеорологични станции, които след това биха могли да бъдат инсталирани в голям брой в отдалечени райони.
Манолис има някои идеи как да реши тези проблеми. Той планира да улавя скоростта и посоката на вятъра от акселерометъра, жироскопа и компаса в инерционен сензорен блок (IMU) (вероятно MPU-9150). Планът е да се проследява движението на IMU сензора, докато той се люлее свободно върху кабел, подобно на махало. Той е направил някои изчисления върху салфетка и изглежда уверен, че те ще дадат резултатите, от които се нуждае, когато тества прототипа. Отчитането на валежите ще се извършва с помощта на капацитивни сензори, използващи специален сензор като MPR121 или вградената функция за докосване в ESP32. Дизайнът и местоположението на електродните пътеки са много важни за правилното измерване на валежите чрез откриване на дъждовни капки. Размерът, формата и разпределението на теглото на корпуса, в който е монтиран сензорът, също са критични, тъй като влияят върху обхвата, разделителната способност и точността на инструмента. Манолис работи върху няколко дизайнерски идеи, които планира да изпробва, преди да реши дали цялата метеорологична станция ще бъде във въртящия се корпус или само сензорите вътре.
Поради интереса си към метеорологията, [Карл] построил метеорологична станция. Най-новата от тях е ултразвуковият сензор за вятър, който използва времето на полет на ултразвуковите импулси, за да определи скоростта на вятъра.
Сензорът на Карла използва четири ултразвукови преобразувателя, ориентирани на север, юг, изток и запад, за да открие скоростта на вятъра. Чрез измерване на времето, необходимо на ултразвуков импулс да премине между сензорите в помещението, и изваждане на полевите измервания, получаваме времето на прелитане за всяка ос и следователно скоростта на вятъра.
Това е впечатляваща демонстрация на инженерни решения, придружена от изумително подробен проектен доклад.
Време на публикуване: 19 април 2024 г.