Ултразвуков анемометър

Метеорологичните станции са популярен проект за експериментиране с различни сензори за околната среда и обикновено се избират обикновен анемометър и ветропоказател за определяне на скоростта и посоката на вятъра.За QingStation на Jianjia Ma той решава да създаде различен тип сензор за вятър: ултразвуков анемометър.
Ултразвуковите анемометри 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 към приемник на известно разстояние.Посоката на вятъра може да се изчисли чрез отчитане на скоростта от две двойки ултразвукови сензори, перпендикулярни един на друг, и използване на проста тригонометрия.Правилната работа на ултразвуков анемометър изисква внимателен дизайн на аналоговия усилвател в приемащия край и обширна обработка на сигнала за извличане на правилния сигнал от вторично ехо, многопътно разпространение и целия шум, причинен от околната среда.Дизайнът и експерименталните процедури са добре документирани.Тъй като [Jianjia] не успя да използва аеродинамичния тунел за тестване и калибриране, той временно инсталира анемометъра на покрива на колата си и си тръгна.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 вятър или смущения на въздушния поток от изпитваното превозно средство или друг пътен трафик.
Други сензори включват оптични сензори за дъжд, сензори за светлина, сензори за светлина и BME280 за измерване на въздушно налягане, влажност и температура.Jianjia планира да използва QingStation на автономна лодка, така че той също добави IMU, компас, GPS и микрофон за околния звук.
Благодарение на напредъка в сензорите, електрониката и технологията 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 обществени бази данни, предоставяйки на местните общности подходящи данни за времето в заобикалящата ги среда.
Манолис Никифоракис се опитва да изгради метеорологична пирамида, изцяло твърдо състояние, без поддръжка, енергийно и комуникационно автономно устройство за измерване на времето, предназначено за широкомащабно внедряване.Обикновено метеорологичните станции са оборудвани със сензори, които измерват температурата, налягането, влажността, скоростта на вятъра и валежите.Въпреки че повечето от тези параметри могат да бъдат измерени с помощта на твърдотелни сензори, определянето на скоростта, посоката и валежите обикновено изисква някаква форма на електромеханично устройство.
Дизайнът на такива сензори е сложен и предизвикателен.Когато планирате големи внедрявания, вие също трябва да се уверите, че те са рентабилни, лесни за инсталиране и не изискват честа поддръжка.Премахването на всички тези проблеми може да доведе до изграждането на по-надеждни и по-евтини метеорологични станции, които след това могат да бъдат инсталирани в големи количества в отдалечени райони.
Манолис има някои идеи как да се решат тези проблеми.Той планира да улови скоростта и посоката на вятъра от акселерометъра, жироскопа и компаса в инерционен сензор (IMU) (вероятно MPU-9150).Планът е да се проследи движението на IMU сензора, докато той се люлее свободно върху кабел, като 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 сензорна функция 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] построи метеорологична станция. Най-новият от тях е ултразвуковият сензор за вятър, който използва времето на полет на ултразвукови импулси, за да определи скоростта на вятъра.
Сензорът на Карла използва четири ултразвукови преобразувателя, ориентирани на север, юг, изток и запад, за да отчита скоростта на вятъра.Чрез измерване на времето, необходимо на ултразвуковия импулс за преминаване между сензорите в помещението и изваждане на измерванията на полето, ние получаваме времето на полета за всяка ос и следователно скоростта на вятъра.
Това е впечатляваща демонстрация на инженерни решения, придружена от изумително подробен доклад за дизайна.