Les estacions meteorològiques són un projecte popular per experimentar amb diversos sensors ambientals, i normalment es trien un simple anemòmetre de copa i un penell per determinar la velocitat i la direcció del vent. Per a la QingStation de Jianjia Ma, va decidir construir un tipus diferent de sensor de vent: un anemòmetre ultrasònic.
Els anemòmetres ultrasònics no tenen parts mòbils, però el compromís és un augment significatiu de la complexitat electrònica. Funcionen mesurant el temps que triga un pols de so ultrasònic a reflectir-se en un receptor a una distància coneguda. La direcció del vent es pot calcular prenent lectures de velocitat de dos parells de sensors ultrasònics perpendiculars entre si i utilitzant trigonometria simple. El funcionament correcte d'un anemòmetre ultrasònic requereix un disseny acurat de l'amplificador analògic a l'extrem receptor i un processament de senyal extens per extreure el senyal correcte dels ecos secundaris, la propagació multicamí i tot el soroll causat per l'entorn. El disseny i els procediments experimentals estan ben documentats. Com que [Jianjia] no va poder utilitzar el túnel de vent per a proves i calibratge, va instal·lar temporalment l'anemòmetre al sostre del seu cotxe i va marxar. El valor resultant és proporcional a la velocitat GPS del cotxe, però lleugerament superior. Això pot ser degut a errors de càlcul o factors externs com ara el vent o les pertorbacions del flux d'aire del vehicle de prova o altre trànsit rodat.
Altres sensors inclouen sensors òptics de pluja, sensors de llum i el BME280 per mesurar la pressió de l'aire, la humitat i la temperatura. Jianjia té previst utilitzar la QingStation en una embarcació autònoma, per la qual cosa també hi ha afegit una IMU, una brúixola, un GPS i un micròfon per al so ambiental.
Gràcies als avenços en sensors, electrònica i tecnologia de prototipatge, construir una estació meteorològica personal és més fàcil que mai. La disponibilitat de mòduls de xarxa de baix cost ens permet garantir que aquests dispositius IoT puguin transmetre la seva informació a bases de dades públiques, proporcionant a les comunitats locals dades meteorològiques rellevants del seu entorn.
Manolis Nikiforakis està intentant construir una Piràmide Meteorològica, un dispositiu de mesurament meteorològic totalment d'estat sòlid, sense manteniment, autònom d'energia i comunicacions, dissenyat per a un desplegament a gran escala. Normalment, les estacions meteorològiques estan equipades amb sensors que mesuren la temperatura, la pressió, la humitat, la velocitat del vent i les precipitacions. Tot i que la majoria d'aquests paràmetres es poden mesurar mitjançant sensors d'estat sòlid, determinar la velocitat, la direcció i les precipitacions del vent normalment requereix algun tipus de dispositiu electromecànic.
El disseny d'aquests sensors és complex i desafiant. Quan es planifiquen grans desplegaments, també cal assegurar-se que siguin rendibles, fàcils d'instal·lar i que no requereixin un manteniment freqüent. L'eliminació de tots aquests problemes podria conduir a la construcció d'estacions meteorològiques més fiables i menys costoses, que es podrien instal·lar en gran nombre en zones remotes.
En Manolis té algunes idees sobre com resoldre aquests problemes. Té previst capturar la velocitat i la direcció del vent des de l'acceleròmetre, el giroscopi i la brúixola en una unitat de sensors inercials (IMU) (probablement una MPU-9150). El pla és rastrejar el moviment del sensor IMU mentre oscil·la lliurement sobre un cable, com un pèndol. Ha fet alguns càlculs en un tovalló i sembla segur que donaran els resultats que necessita quan provi el prototip. La detecció de la pluja es farà mitjançant sensors capacitius utilitzant un sensor dedicat com el MPR121 o la funció tàctil integrada a l'ESP32. El disseny i la ubicació de les pistes dels elèctrodes són molt importants per a una correcta mesura de la precipitació mitjançant la detecció de gotes de pluja. La mida, la forma i la distribució del pes de la carcassa on es munta el sensor també són crítiques, ja que afecten l'abast, la resolució i la precisió de l'instrument. En Manolis està treballant en diverses idees de disseny que té previst provar abans de decidir si tota l'estació meteorològica estarà dins de la carcassa giratòria o només els sensors de l'interior.
A causa del seu interès per la meteorologia, [Karl] va construir una estació meteorològica. La més nova d'aquestes és el sensor de vent per ultrasons, que utilitza el temps de vol dels polsos ultrasònics per determinar la velocitat del vent.
El sensor de la Carla utilitza quatre transductors ultrasònics, orientats al nord, sud, est i oest, per detectar la velocitat del vent. Mesurant el temps que triga un pols ultrasònic a viatjar entre els sensors d'una habitació i restant les mesures de camp, obtenim el temps de vol per a cada eix i, per tant, la velocitat del vent.
Aquesta és una demostració impressionant de solucions d'enginyeria, acompanyada d'un informe de disseny sorprenentment detallat.
Data de publicació: 19 d'abril de 2024