Vejrstationer er et populært projekt til at eksperimentere med forskellige miljøsensorer, og et simpelt kopanemometer og en vejrhane vælges normalt til at bestemme vindhastighed og -retning. Til Jianjia Mas QingStation besluttede han at bygge en anden type vindsensor: et ultralydsanemometer.
Ultralydsanemometre har ingen bevægelige dele, men ulempen er en betydelig stigning i elektronisk kompleksitet. De fungerer ved at måle den tid, det tager for en ultralydslydpuls at reflekteres til en modtager i en kendt afstand. Vindretningen kan beregnes ved at tage hastighedsaflæsninger fra to par ultralydssensorer vinkelret på hinanden og ved hjælp af simpel trigonometri. Korrekt drift af et ultralydsanemometer kræver omhyggeligt design af den analoge forstærker i modtagerenden og omfattende signalbehandling for at udtrække det korrekte signal fra sekundære ekkoer, flervejsudbredelse og al støj forårsaget af omgivelserne. Design- og eksperimentelle procedurer er veldokumenterede. Da [Jianjia] ikke kunne bruge vindtunnelen til test og kalibrering, installerede han midlertidigt anemometeret på taget af sin bil og kørte. Den resulterende værdi er proportional med bilens GPS-hastighed, men lidt højere. Dette kan skyldes beregningsfejl eller eksterne faktorer såsom vind- eller luftstrømsforstyrrelser fra testkøretøjet eller anden vejtrafik.
Andre sensorer inkluderer optiske regnsensorer, lyssensorer, lyssensorer og BME280 til måling af lufttryk, fugtighed og temperatur. Jianjia planlægger at bruge QingStation på en autonom båd, så han tilføjede også en IMU, kompas, GPS og mikrofon til omgivende lyd.
Takket være fremskridt inden for sensorer, elektronik og prototypeteknologi er det nemmere end nogensinde at bygge en personlig vejrstation. Tilgængeligheden af billige netværksmoduler giver os mulighed for at sikre, at disse IoT-enheder kan overføre deres oplysninger til offentlige databaser og dermed forsyne lokalsamfund med relevante vejrdata i deres omgivelser.
Manolis Nikiforakis forsøger at bygge en vejrpyramide, en fuldt ud vedligeholdelsesfri, energi- og kommunikationsautonom vejrmålingsenhed designet til storskalaudrulning. Typisk er vejrstationer udstyret med sensorer, der måler temperatur, tryk, fugtighed, vindhastighed og nedbør. Mens de fleste af disse parametre kan måles ved hjælp af solid-state-sensorer, kræver bestemmelse af vindhastighed, retning og nedbør typisk en form for elektromekanisk enhed.
Designet af sådanne sensorer er komplekst og udfordrende. Når man planlægger store installationer, skal man også sikre sig, at de er omkostningseffektive, nemme at installere og ikke kræver hyppig vedligeholdelse. Eliminering af alle disse problemer kan føre til konstruktionen af mere pålidelige og billigere vejrstationer, som derefter kan installeres i stort antal i fjerntliggende områder.
Manolis har nogle idéer til, hvordan man kan løse disse problemer. Han planlægger at registrere vindhastighed og -retning fra accelerometeret, gyroskopet og kompasset i en inertiel sensorenhed (IMU) (sandsynligvis en MPU-9150). Planen er at spore bevægelsen af IMU-sensoren, mens den svinger frit på et kabel, som et pendul. Han har lavet nogle beregninger på en serviet og virker sikker på, at de vil give de resultater, han har brug for, når han tester prototypen. Regnmåling vil blive udført ved hjælp af kapacitive sensorer, der bruger en dedikeret sensor såsom MPR121 eller den indbyggede berøringsfunktion i ESP32. Designet og placeringen af elektrodesporene er meget vigtige for korrekt nedbørsmåling ved at detektere regndråber. Størrelsen, formen og vægtfordelingen af det hus, hvor sensoren er monteret, er også kritiske, da de påvirker instrumentets rækkevidde, opløsning og nøjagtighed. Manolis arbejder på flere designidéer, som han planlægger at afprøve, før han beslutter, om hele vejrstationen skal være inde i det roterende hus eller kun sensorerne indeni.
På grund af sin interesse for meteorologi byggede [Karl] en vejrstation. Den nyeste af disse er ultralydsvindsensoren, som bruger ultralydspulsernes flyvetid til at bestemme vindhastigheden.
Carlas sensor bruger fire ultralydstransducere, orienteret nord, syd, øst og vest, til at registrere vindhastighed. Ved at måle den tid det tager for en ultralydspuls at bevæge sig mellem sensorerne i et rum og trække feltmålingerne fra, får vi flyvetiden for hver akse og dermed vindhastigheden.
Dette er en imponerende demonstration af ingeniørløsninger, ledsaget af en forbløffende detaljeret designrapport.
Opslagstidspunkt: 19. april 2024