Stațiile meteo sunt un proiect popular pentru experimentarea cu diverși senzori de mediu, iar un simplu anemometru cu ceașcă și o giruetă sunt de obicei alese pentru a determina viteza și direcția vântului.Pentru QingStation a lui Jianjia Ma, el a decis să construiască un alt tip de senzor de vânt: un anemometru cu ultrasunete.
Anemometrele cu ultrasunete nu au piese mobile, dar compromisul este o creștere semnificativă a complexității electronice.Acestea funcționează prin măsurarea timpului necesar pentru ca un impuls de sunet ultrasonic să se reflecte la un receptor la o distanță cunoscută.Direcția vântului poate fi calculată luând citiri de viteză de la două perechi de senzori ultrasonici perpendiculari unul pe celălalt și folosind trigonometrie simplă.Funcționarea corectă a unui anemometru cu ultrasunete necesită o proiectare atentă a amplificatorului analogic la capătul de recepție și o procesare extinsă a semnalului pentru a extrage semnalul corect din ecourile secundare, propagarea pe mai multe căi și tot zgomotul cauzat de mediu.Proiectarea și procedurile experimentale sunt bine documentate.Deoarece [Jianjia] nu a putut folosi tunelul de vânt pentru testare și calibrare, a instalat temporar anemometrul pe plafonul mașinii sale și a plecat.Valoarea rezultată este proporțională cu viteza GPS-ului mașinii, dar puțin mai mare.Acest lucru se poate datora erorilor de calcul sau unor factori externi, cum ar fi perturbările vântului sau ale fluxului de aer de la vehiculul de testare sau de la alt trafic rutier.
Alți senzori includ senzori optici de ploaie, senzori de lumină, senzori de lumină și BME280 pentru măsurarea presiunii aerului, umidității și temperaturii.Jianjia plănuiește să folosească QingStation pe o barcă autonomă, așa că a adăugat și un IMU, busolă, GPS și microfon pentru sunetul ambiental.
Datorită progreselor în materie de senzori, electronice și tehnologie de prototipare, construirea unei stații meteo personale este mai ușoară ca niciodată.Disponibilitatea modulelor de rețea cu costuri reduse ne permite să ne asigurăm că aceste dispozitive IoT își pot transmite informațiile către bazele de date publice, oferind comunităților locale date meteo relevante din împrejurimile lor.
Manolis Nikiforakis încearcă să construiască o piramidă a vremii, un dispozitiv de măsurare a vremii în stare solidă, fără întreținere, autonom pentru energie și comunicații, conceput pentru implementare pe scară largă.De obicei, stațiile meteo sunt echipate cu senzori care măsoară temperatura, presiunea, umiditatea, viteza vântului și precipitațiile.În timp ce majoritatea acestor parametri pot fi măsurați folosind senzori cu stare solidă, determinarea vitezei vântului, a direcției și a precipitațiilor necesită de obicei o anumită formă de dispozitiv electromecanic.
Proiectarea unor astfel de senzori este complexă și provocatoare.Atunci când planificați implementări mari, trebuie să vă asigurați că acestea sunt rentabile, ușor de instalat și nu necesită întreținere frecventă.Eliminarea tuturor acestor probleme ar putea duce la construirea de stații meteo mai fiabile și mai puțin costisitoare, care ar putea fi apoi instalate în număr mare în zone îndepărtate.
Manolis are câteva idei despre cum să rezolve aceste probleme.El plănuiește să capteze viteza și direcția vântului de la accelerometru, giroscop și busolă într-o unitate cu senzor inerțial (IMU) (probabil un MPU-9150).Planul este de a urmări mișcarea senzorului IMU în timp ce acesta se balansează liber pe un cablu, ca un pendul.A făcut niște calcule pe un șervețel și pare încrezător că vor da rezultatele de care are nevoie la testarea prototipului.Sentirea ploii se va face folosind senzori capacitivi folosind un senzor dedicat, cum ar fi MPR121 sau funcția tactilă încorporată în ESP32.Proiectarea și locația pistelor electrozilor sunt foarte importante pentru măsurarea corectă a precipitațiilor prin detectarea picăturilor de ploaie.Mărimea, forma și distribuția greutății carcasei în care este montat senzorul sunt, de asemenea, critice, deoarece afectează gama, rezoluția și acuratețea instrumentului.Manolis lucrează la mai multe idei de design pe care intenționează să le încerce înainte de a decide dacă întreaga stație meteo va fi în interiorul carcasei rotative sau doar senzorii din interior.
Datorită interesului său pentru meteorologie, [Karl] a construit o stație meteo. Cel mai nou dintre acestea este senzorul de vânt cu ultrasunete, care utilizează timpul de zbor al impulsurilor ultrasonice pentru a determina viteza vântului.
Senzorul Carlei folosește patru traductoare cu ultrasunete, orientate nord, sud, est și vest, pentru a detecta viteza vântului.Măsurând timpul necesar unui impuls ultrasonic pentru a călători între senzorii dintr-o încăpere și scăzând măsurătorile de câmp, obținem timpul de zbor pentru fiecare axă și deci viteza vântului.
Aceasta este o demonstrație impresionantă a soluțiilor de inginerie, însoțită de un raport de proiectare uimitor de detaliat.
Ora postării: 19-apr-2024