Anemòmetre ultrasònic

Les estacions meteorològiques són un projecte popular per experimentar amb diversos sensors ambientals, i normalment s'escullen un simple anemòmetre de copa i una veleta 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 d'ultrasons no tenen parts mòbils, però la compensació és un augment significatiu de la complexitat electrònica.Funcionen mesurant el temps que triga un pols de so ultrasònic a reflectir-se a 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 una trigonometria senzilla.El funcionament correcte d'un anemòmetre ultrasònic requereix un disseny acurat de l'amplificador analògic a l'extrem receptor i un ampli processament del senyal per extreure el senyal correcte dels ecos secundaris, la propagació de camins múltiples 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 del GPS del cotxe, però lleugerament superior.Això pot ser degut a errors de càlcul o factors externs, com ara pertorbacions del vent o del flux d'aire del vehicle de prova o d'altres trànsits per carretera.
Altres sensors inclouen sensors òptics de pluja, sensors de llum, sensors de llum i BME280 per mesurar la pressió de l'aire, la humitat i la temperatura.Jianjia té previst utilitzar la QingStation en un vaixell autònom, de manera que també va afegir 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 poden transmetre la seva informació a bases de dades públiques, proporcionant a les comunitats locals dades meteorològiques rellevants al seu entorn.
Manolis Nikiforakis està intentant construir una piràmide meteorològica, un dispositiu de mesura del temps totalment en 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 la precipitació.Tot i que la majoria d'aquests paràmetres es poden mesurar mitjançant sensors d'estat sòlid, la determinació de la velocitat, la direcció i la precipitació del vent normalment requereix algun tipus de dispositiu electromecànic.
El disseny d'aquests sensors és complex i desafiant.Quan planifiqueu desplegaments grans, també heu d'assegurar-vos que siguin rendibles, fàcils d'instal·lar i que no requereixin manteniment freqüent.L'eliminació de tots aquests problemes podria comportar la construcció d'estacions meteorològiques més fiables i menys costoses, que després es podrien instal·lar en gran nombre en zones remotes.
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 sensor inercial (IMU) (probablement un MPU-9150).El pla és fer un seguiment del moviment del sensor IMU mentre oscil·la lliurement sobre un cable, com un pèndol.Ha fet alguns càlculs en un tovalló i sembla confiat que donaran els resultats que necessita a l'hora de provar el prototip.La detecció de pluja es farà mitjançant sensors capacitius mitjançant 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 la correcta mesura de la precipitació mitjançant la detecció de gotes de pluja.La mida, la forma i la distribució del pes de la carcassa en què està muntat el sensor també són crítiques, ja que afecten l'abast, la resolució i la precisió de l'instrument.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 dins.
A causa del seu interès per la meteorologia, [Karl] va construir una estació meteorològica. El més nou d'ells és el sensor de vent ultrasònic, que utilitza el temps de vol dels polsos ultrasònics per determinar la velocitat del vent.
El sensor de Carla utilitza quatre transductors ultrasònics, orientats al nord, sud, est i oest, per detectar la velocitat del vent.Mitjançant la mesura del 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 de 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.