Ultraääni anemometri

Sääasemat ovat suosittu projekti erilaisten ympäristöanturien kokeiluun, ja tuulen nopeuden ja suunnan määrittämiseen valitaan yleensä yksinkertainen kuppituulimittari ja tuuliviiri.Jianjia Ma:n QingStationille hän päätti rakentaa erityyppisen tuulianturin: ultraäänituulemittarin.
Ultraäänituulimittareissa ei ole liikkuvia osia, mutta kompromissi on elektronisen monimutkaisuuden merkittävä lisäys.Ne toimivat mittaamalla aikaa, joka kuluu ultraäänipulssin heijastumiseen vastaanottimeen tunnetulla etäisyydellä.Tuulen suunta voidaan laskea ottamalla nopeuslukemat kahdelta toisiinsa nähden kohtisuorassa olevasta ultraäänianturiparista ja käyttämällä yksinkertaista trigonometriaa.Ultraäänituulimittarin oikea toiminta edellyttää analogisen vahvistimen huolellista suunnittelua vastaanottopäässä ja laajaa signaalinkäsittelyä oikean signaalin erottamiseksi toissijaisista kaiuista, monitie-etenemisestä ja kaikesta ympäristön aiheuttamasta melusta.Suunnittelu ja kokeelliset menettelyt ovat hyvin dokumentoituja.Koska [Jianjia] ei voinut käyttää tuulitunnelia testaukseen ja kalibrointiin, hän asensi tuulimittarin väliaikaisesti autonsa katolle ja lähti.Tuloksena oleva arvo on verrannollinen auton GPS-nopeuteen, mutta hieman suurempi.Tämä voi johtua laskentavirheistä tai ulkoisista tekijöistä, kuten koeajoneuvosta tai muusta tieliikenteestä aiheutuvasta tuulesta tai ilmavirran häiriöistä.
Muita antureita ovat optiset sadeanturit, valoanturit, valoanturit ja BME280 ilmanpaineen, kosteuden ja lämpötilan mittaamiseen.Jianjia aikoo käyttää QingStationia autonomisessa veneessä, joten hän lisäsi myös IMU:n, kompassin, GPS:n ja mikrofonin ympäristön äänentoistoon.
Antureiden, elektroniikan ja prototyyppitekniikan edistyksen ansiosta henkilökohtaisen sääaseman rakentaminen on helpompaa kuin koskaan.Edullisten verkkomoduulien saatavuus mahdollistaa sen, että voimme varmistaa, että nämä IoT-laitteet voivat välittää tietonsa julkisiin tietokantoihin ja tarjoavat paikallisille yhteisöille olennaisia ​​säätietoja ympäristöstään.
Manolis Nikiforakis yrittää rakentaa Weather Pyramidin, täysin kiinteän olomuodon, huoltovapaan, energia- ja viestintäautonomisen säämittauslaitteen, joka on suunniteltu laajamittaiseen käyttöön.Tyypillisesti sääasemat on varustettu antureilla, jotka mittaavat lämpötilaa, painetta, kosteutta, tuulen nopeutta ja sademäärää.Vaikka useimmat näistä parametreista voidaan mitata käyttämällä solid-state-antureita, tuulen nopeuden, suunnan ja sateen määrittäminen vaatii tyypillisesti jonkinlaisen sähkömekaanisen laitteen.
Tällaisten antureiden suunnittelu on monimutkaista ja haastavaa.Kun suunnittelet suuria käyttöönottoja, sinun on myös varmistettava, että ne ovat kustannustehokkaita, helppoja asentaa eivätkä vaadi usein huoltoa.Kaikkien näiden ongelmien poistaminen voisi johtaa luotettavampien ja halvempien sääasemien rakentamiseen, joita voitaisiin sitten asentaa suuria määriä syrjäisille alueille.
Manolisilla on ideoita näiden ongelmien ratkaisemiseksi.Hän aikoo tallentaa tuulen nopeuden ja suunnan kiihtyvyysmittarista, gyroskoopista ja kompassista inertia-anturiyksikössä (IMU) (todennäköisesti MPU-9150).Suunnitelmana on seurata IMU-anturin liikettä, kun se heiluu vapaasti kaapelilla, kuten heiluri.Hän on tehnyt joitain laskelmia lautasliinasta ja näyttää luottavaselta, että ne antavat prototyypin testauksessa tarvitsemansa tulokset.Sadetunnistin tehdään kapasitiivisilla antureilla, joissa käytetään erityistä anturia, kuten MPR121, tai ESP32:n sisäänrakennettua kosketustoimintoa.Elektrodiraitojen suunnittelu ja sijainti ovat erittäin tärkeitä oikean sateenmittauksen kannalta sadepisarat havaitsemalla.Sen kotelon koko, muoto ja painojakauma, johon anturi on asennettu, ovat myös kriittisiä, koska ne vaikuttavat laitteen kantamaan, resoluutioon ja tarkkuuteen.Manolis työstää useita suunnitteluideoita, joita hän aikoo kokeilla ennen kuin päättää, onko koko sääasema pyörivän kotelon sisällä vai vain anturit sisällä.
Kiinnostuksensa vuoksi meteorologiaan [Karl] rakensi sääaseman. Uusin niistä on ultraäänituulenturi, joka määrittää tuulen nopeuden ultraäänipulssien lentoajan perusteella.
Carlan anturi käyttää neljää ultraäänianturia, jotka on suunnattu pohjoiseen, etelään, itään ja länteen tuulen nopeuden havaitsemiseen.Mittaamalla aika, joka kuluu ultraäänipulssin kulkemiseen huoneessa olevien antureiden välillä ja vähentämällä kenttämittaukset, saadaan kunkin akselin lentoaika ja siten tuulen nopeus.
Tämä on vaikuttava esittely teknisistä ratkaisuista, ja mukana on hämmästyttävän yksityiskohtainen suunnitteluraportti.