Stațiile meteo sunt un proiect popular pentru experimentarea cu diverși senzori de mediu, iar un anemometru simplu cu cupă și o giruetă sunt de obicei alese pentru a determina viteza și direcția vântului. Pentru QingStation-ul lui Jianjia Ma, acesta a decis să construiască un alt tip de senzor de vânt: un anemometru cu ultrasunete.
Anemometrele cu ultrasunete nu au părți mobile, dar compromisul constă într-o creștere semnificativă a complexității electronice. Acestea funcționează prin măsurarea timpului necesar pentru ca un impuls sonor ultrasonic să se reflecte către un receptor aflat la o distanță cunoscută. Direcția vântului poate fi calculată prin citirea vitezei de la două perechi de senzori cu ultrasunete perpendiculari unul pe celălalt și utilizând trigonometrie simplă. Funcționarea corectă a unui anemometru cu ultrasunete necesită o proiectare atentă a amplificatorului analogic la capătul receptor și o procesare extinsă a semnalului pentru a extrage semnalul corect din ecourile secundare, propagarea multipath și tot zgomotul cauzat de mediu. Procedurile de proiectare și experimentale sunt bine documentate. Deoarece [Jianjia] nu a putut utiliza tunelul aerodinamic pentru testare și calibrare, a instalat temporar anemometrul pe acoperișul mașinii sale și a plecat. Valoarea rezultată este proporțională cu viteza GPS a mașinii, dar puțin mai mare. Acest lucru se poate datora unor erori de calcul sau unor factori externi, cum ar fi vântul sau perturbările fluxului de aer provenite de la vehiculul de testare sau de la alt trafic rutier.
Alți senzori includ senzori optici de ploaie, senzori de lumină și senzori BME280 pentru măsurarea presiunii aerului, umidității și temperaturii. Jianjia intenționează să utilizeze QingStation pe o barcă autonomă, așa că a adăugat și un IMU, o busolă, un GPS și un microfon pentru sunetul ambiental.
Datorită progreselor înregistrate în domeniul senzorilor, electronicii și tehnologiei 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 baze de date publice, oferind comunităților locale date meteorologice relevante din împrejurimile lor.
Manolis Nikiforakis încearcă să construiască o Piramidă Meteorologică, un dispozitiv de măsurare a vremii complet în stare solidă, fără întreținere, autonom din punct de vedere energetic și al comunicațiilor, conceput pentru implementare la scară largă. De obicei, stațiile meteo sunt echipate cu senzori care măsoară temperatura, presiunea, umiditatea, viteza vântului și precipitațiile. Deși majoritatea acestor parametri pot fi măsurați folosind senzori în stare solidă, determinarea vitezei, direcției vântului și a precipitațiilor necesită de obicei un dispozitiv electromecanic.
Proiectarea unor astfel de senzori este complexă și dificilă. Atunci când planificați implementări la scară largă, trebuie să vă asigurați și că sunt rentabile, ușor de instalat și nu necesită întreținere frecventă. Eliminarea tuturor acestor probleme ar putea duce la construirea unor 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 intenționează să capteze viteza și direcția vântului de la accelerometru, giroscop și busolă într-o unitate de senzori inerțiali (IMU) (probabil un MPU-9150). Planul este de a urmări mișcarea senzorului IMU în timp ce se balansează liber pe un cablu, ca un pendul. A făcut niște calcule pe un șervețel și pare încrezător că acestea vor da rezultatele de care are nevoie atunci când testează prototipul. Detectarea precipitațiilor se va face folosind senzori capacitivi folosind un senzor dedicat, cum ar fi MPR121 sau funcția tactilă încorporată în ESP32. Designul și amplasarea pistelor electrozilor sunt foarte importante pentru măsurarea corectă a precipitațiilor prin detectarea picăturilor de ploaie. Dimensiunea, forma și distribuția greutății carcasei în care este montat senzorul sunt, de asemenea, critice, deoarece afectează raza de acțiune, rezoluția și precizia 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. Cea mai nouă dintre acestea este senzorul ultrasonic de vânt, care folosește timpul de zbor al impulsurilor ultrasonice pentru a determina viteza vântului.
Senzorul Carlei folosește patru traductoare cu ultrasunete, orientate spre nord, sud, est și vest, pentru a detecta viteza vântului. Măsurând timpul necesar unui impuls ultrasonic pentru a se deplasa între senzorii dintr-o cameră și scăzând măsurătorile din câmp, obținem timpul de zbor pentru fiecare axă și, prin urmare, viteza vântului.
Aceasta este o demonstrație impresionantă de soluții inginerești, însoțită de un raport de proiectare uimitor de detaliat.
Data publicării: 19 aprilie 2024