Ultralydsvindmåler

Vejrstationer er et populært projekt til at eksperimentere med forskellige miljøsensorer, og en simpel kopvindmåler og vejrhane vælges normalt til at bestemme vindhastighed og retning.Til Jianjia Ma's QingStation besluttede han at bygge en anden type vindsensor: et ultralydsvindmåler.
Ultralydsvindmålere har ingen bevægelige dele, men afvejningen er en betydelig stigning i elektronisk kompleksitet.De virker ved at måle den tid, det tager for en ultralydslydpuls at reflektere til en modtager i en kendt afstand.Vindretningen kan beregnes ved at tage hastighedsaflæsninger fra to par ultralydssensorer vinkelret på hinanden og bruge simpel trigonometri.Korrekt drift af et ultralydsvindmåler 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.Designet og eksperimentelle procedurer er veldokumenterede.Da [Jianjia] ikke var i stand til at bruge vindtunnelen til test og kalibrering, installerede han midlertidigt vindmåleren på taget af sin bil og gik.Den resulterende værdi er proportional med bilens GPS-hastighed, men lidt højere.Dette kan skyldes beregningsfejl eller eksterne faktorer som vind- eller luftstrømsforstyrrelser fra testkøretøjet eller anden vejtrafik.
Andre sensorer omfatter 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, hvilket giver lokalsamfundene relevante vejrdata i deres omgivelser.
Manolis Nikiforakis forsøger at bygge en vejrpyramide, en helt i fast tilstand, vedligeholdelsesfri, energi- og kommunikationsautonom vejrmålingsenhed designet til udrulning i stor skala.Typisk er vejrstationer udstyret med sensorer, der måler temperatur, tryk, luftfugtighed, 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 anordning.
Designet af sådanne sensorer er komplekst og udfordrende.Når du planlægger store implementeringer, skal du også sikre dig, at de er omkostningseffektive, nemme at installere og ikke kræver hyppig vedligeholdelse.Eliminering af alle disse problemer kunne føre til opførelsen af ​​mere pålidelige og billigere vejrstationer, som derefter kunne installeres i stort antal i fjerntliggende områder.
Manolis har nogle ideer til, hvordan man løser disse problemer.Han planlægger at fange vindhastighed og retning fra accelerometeret, gyroskopet og kompasset i en inertisensorenhed (IMU) (sandsynligvis en MPU-9150).Planen er at spore IMU-sensorens bevægelse, når den svinger frit på et kabel, som et pendul.Han har lavet nogle beregninger på en serviet og virker overbevist om, at de vil give de resultater, han har brug for, når han tester prototypen.Regnfaldsregistrering 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 ​​huset, hvori sensoren er monteret, er også kritisk, da de påvirker instrumentets rækkevidde, opløsning og nøjagtighed.Manolis arbejder på flere designideer, som han planlægger at afprøve, inden han beslutter sig for, 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 flyvetiden for ultralydsimpulser til at bestemme vindhastigheden.
Carlas sensor bruger fire ultralydstransducere, orienteret mod nord, syd, øst og vest, til at registrere vindhastigheden.Ved at måle den tid det tager for en ultralydsimpuls 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 tekniske løsninger, ledsaget af en fantastisk detaljeret designrapport.