Ультразвуковий анемометр

Метеостанції є популярним проектом для експериментів з різними датчиками навколишнього середовища, а простий чашковий анемометр і флюгер зазвичай вибирають для визначення швидкості та напрямку вітру.Для QingStation Цзяньцзя Ма він вирішив створити інший тип датчика вітру: ультразвуковий анемометр.
Ультразвукові анемометри не мають рухомих частин, але компромісом є значне збільшення електронної складності.Вони працюють шляхом вимірювання часу, необхідного ультразвуковому імпульсу для відображення в приймачі на відомій відстані.Напрямок вітру можна розрахувати, знімаючи показники швидкості з двох пар ультразвукових датчиків, розташованих перпендикулярно один одному, і використовуючи просту тригонометрію.Правильна робота ультразвукового анемометра вимагає ретельного проектування аналогового підсилювача на приймальному кінці та комплексної обробки сигналу для виділення правильного сигналу з вторинних відлунь, багатопроменевого поширення та всіх шумів, спричинених навколишнім середовищем.Дизайн і експериментальні процедури добре задокументовані.Оскільки [Цзяньцзя] не зміг використовувати аеродинамічну трубу для тестування та калібрування, він тимчасово встановив анемометр на даху свого автомобіля та поїхав.Отримане значення пропорційне швидкості GPS автомобіля, але трохи вище.Це може бути пов’язано з помилками розрахунків або зовнішніми факторами, такими як вітер або перешкоди повітряного потоку від випробувального транспортного засобу або іншого дорожнього руху.
Інші датчики включають оптичні датчики дощу, датчики світла, датчики світла та BME280 для вимірювання тиску повітря, вологості та температури.Цзяньцзя планує використовувати QingStation на автономному човні, тому він також додав IMU, компас, GPS і мікрофон для навколишнього звуку.
Завдяки прогресу в датчиках, електроніці та технології створення прототипів створити персональну метеостанцію стало простіше, ніж будь-коли.Наявність недорогих мережевих модулів дозволяє нам гарантувати, що ці пристрої IoT можуть передавати свою інформацію в загальнодоступні бази даних, надаючи місцевим громадам відповідні дані про погоду в їхньому оточенні.
Маноліс Нікіфоракіс намагається побудувати погодну піраміду, повністю твердотільний, не потребуючий обслуговування, автономний пристрій для вимірювання погоди, який потребує енергії та зв’язку, призначений для широкомасштабного розгортання.Як правило, метеостанції оснащені датчиками, які вимірюють температуру, тиск, вологість, швидкість вітру та кількість опадів.Хоча більшість цих параметрів можна виміряти за допомогою твердотільних датчиків, визначення швидкості вітру, напрямку та кількості опадів зазвичай потребує певної форми електромеханічного пристрою.
Конструкція таких датчиків є складною та складною.Плануючи масштабне розгортання, ви також повинні переконатися, що вони є економічно ефективними, простими в установці та не вимагають частого обслуговування.Усунення всіх цих проблем могло б призвести до будівництва більш надійних і менш дорогих метеостанцій, які потім можна було б встановити у великій кількості у віддалених районах.
У Маноліса є кілька ідей щодо вирішення цих проблем.Він планує фіксувати швидкість і напрямок вітру за допомогою акселерометра, гіроскопа та компаса в інерційному датчику (IMU) (імовірно, MPU-9150).План полягає в тому, щоб відстежувати рух датчика IMU, коли він вільно гойдається на тросі, як маятник.Він зробив кілька розрахунків на серветці і, здається, впевнений, що вони дадуть потрібні йому результати під час тестування прототипу.Розпізнавання опадів здійснюватиметься за допомогою ємнісних датчиків із використанням спеціального датчика, такого як MPR121, або вбудованої сенсорної функції в ESP32.Конструкція та розташування доріжок електродів дуже важливі для правильного вимірювання опадів шляхом виявлення крапель дощу.Розмір, форма та розподіл ваги корпусу, в якому встановлено датчик, також мають вирішальне значення, оскільки вони впливають на діапазон, роздільну здатність і точність приладу.Маноліс працює над кількома дизайнерськими ідеями, які він планує випробувати, перш ніж вирішити, чи буде вся метеостанція всередині корпусу, що обертається, чи лише датчики всередині.
Через інтерес до метеорології [Карл] побудував метеостанцію. Найновіша з них — ультразвуковий датчик вітру, який використовує час польоту ультразвукових імпульсів для визначення швидкості вітру.
Датчик Карли використовує чотири ультразвукові перетворювачі, орієнтовані на північ, південь, схід і захід, щоб визначити швидкість вітру.Вимірюючи час, необхідний для проходження ультразвукового імпульсу між датчиками в кімнаті, і віднімаючи польові вимірювання, ми отримуємо час польоту для кожної осі, а отже, швидкість вітру.
Це вражаюча демонстрація інженерних рішень, що супроводжується приголомшливо детальним проектним звітом.