Meteorologické stanice sú obľúbeným projektom na experimentovanie s rôznymi environmentálnymi senzormi a na určenie rýchlosti a smeru vetra sa zvyčajne volí jednoduchý miskový anemometer a korúnnik. Pre svoju stanicu QingStation sa Jianjia Ma rozhodol postaviť iný typ senzora vetra: ultrazvukový anemometer.
Ultrazvukové anemometre nemajú žiadne pohyblivé časti, ale nevýhodou je výrazné zvýšenie elektronickej zložitosti. Fungujú tak, že merajú čas, ktorý trvá, kým sa ultrazvukový zvukový impulz odrazí od prijímača v známej vzdialenosti. Smer vetra je možné vypočítať nameraním rýchlosti z dvoch párov ultrazvukových senzorov kolmých na seba a pomocou jednoduchej trigonometrie. Správna prevádzka ultrazvukového anemometra vyžaduje starostlivý návrh analógového zosilňovača na prijímacom konci a rozsiahle spracovanie signálu na extrahovanie správneho signálu zo sekundárnych ozvien, viaccestného šírenia a všetkého šumu spôsobeného prostredím. Konštrukčné a experimentálne postupy sú dobre zdokumentované. Keďže [Jianjia] nemohol na testovanie a kalibráciu použiť aerodynamický tunel, dočasne nainštaloval anemometer na strechu svojho auta a odišiel. Výsledná hodnota je úmerná rýchlosti GPS auta, ale o niečo vyššia. Môže to byť spôsobené chybami vo výpočte alebo vonkajšími faktormi, ako sú rušenia vetrom alebo prúdením vzduchu z testovaného vozidla alebo inej cestnej premávky.
Medzi ďalšie senzory patria optické dažďové senzory, svetelné senzory a BME280 na meranie tlaku vzduchu, vlhkosti a teploty. Jianjia plánuje použiť QingStation na autonómnej lodi, takže pridal aj IMU, kompas, GPS a mikrofón pre okolitý zvuk.
Vďaka pokroku v senzoroch, elektronike a technológii prototypovania je zostavenie osobnej meteorologickej stanice jednoduchšie ako kedykoľvek predtým. Dostupnosť lacných sieťových modulov nám umožňuje zabezpečiť, aby tieto zariadenia internetu vecí mohli prenášať svoje informácie do verejných databáz a poskytovať tak miestnym komunitám relevantné údaje o počasí v ich okolí.
Manolis Nikiforakis sa snaží postaviť meteorologickú pyramídu, plne polovodičové, bezúdržbové, energeticky a komunikačne autonómne zariadenie na meranie počasia určené na rozsiahle nasadenie. Meteorologické stanice sú zvyčajne vybavené senzormi, ktoré merajú teplotu, tlak, vlhkosť, rýchlosť vetra a zrážky. Zatiaľ čo väčšinu týchto parametrov je možné merať pomocou polovodičových senzorov, určenie rýchlosti vetra, smeru a zrážok si zvyčajne vyžaduje nejakú formu elektromechanického zariadenia.
Návrh takýchto senzorov je zložitý a náročný. Pri plánovaní rozsiahlych nasadení je tiež potrebné zabezpečiť, aby boli nákladovo efektívne, ľahko sa inštalovali a nevyžadovali si častú údržbu. Odstránenie všetkých týchto problémov by mohlo viesť k výstavbe spoľahlivejších a lacnejších meteorologických staníc, ktoré by sa potom mohli vo veľkom počte inštalovať v odľahlých oblastiach.
Manolis má niekoľko nápadov, ako tieto problémy vyriešiť. Plánuje zaznamenávať rýchlosť a smer vetra z akcelerometra, gyroskopu a kompasu v inerciálnej senzorovej jednotke (IMU) (pravdepodobne MPU-9150). Plánom je sledovať pohyb senzora IMU, keď sa voľne hojdá na kábli, ako kyvadlo. Urobil niekoľko výpočtov na obrúsku a zdá sa byť presvedčený, že pri testovaní prototypu poskytnú výsledky, ktoré potrebuje. Snímanie zrážok sa bude vykonávať pomocou kapacitných senzorov s použitím špecializovaného senzora, ako je MPR121, alebo vstavanej dotykovej funkcie v ESP32. Dizajn a umiestnenie elektródových dráh sú veľmi dôležité pre správne meranie zrážok detekciou dažďových kvapiek. Veľkosť, tvar a rozloženie hmotnosti krytu, v ktorom je senzor namontovaný, sú tiež kritické, pretože ovplyvňujú dosah, rozlíšenie a presnosť prístroja. Manolis pracuje na niekoľkých dizajnových nápadoch, ktoré plánuje vyskúšať predtým, ako sa rozhodne, či bude celá meteorologická stanica umiestnená vo vnútri rotujúceho krytu alebo len senzory vo vnútri.
Kvôli svojmu záujmu o meteorológiu si [Karl] postavil meteorologickú stanicu. Najnovšou z nich je ultrazvukový senzor vetra, ktorý využíva čas letu ultrazvukových impulzov na určenie rýchlosti vetra.
Carlin senzor používa na detekciu rýchlosti vetra štyri ultrazvukové meniče orientované na sever, juh, východ a západ. Meraním času potrebného na to, aby ultrazvukový impulz prešiel medzi senzormi v miestnosti, a odčítaním meraní poľa získame čas letu pre každú os, a teda rýchlosť vetra.
Toto je pôsobivá ukážka inžinierskych riešení, sprevádzaná ohromujúco podrobnou konštrukčnou správou.
Čas uverejnenia: 19. apríla 2024