Метеостанции — популярный проект для экспериментов с различными датчиками окружающей среды, а для определения скорости и направления ветра обычно выбирают простой чашечный анемометр и флюгер.Для станции QingStation Цзяньцзя Ма он решил построить датчик ветра другого типа: ультразвуковой анемометр.
Ультразвуковые анемометры не имеют движущихся частей, но компромиссом является значительное увеличение электронной сложности.Они работают, измеряя время, необходимое ультразвуковому звуковому импульсу для отражения до приемника на известном расстоянии.Направление ветра можно рассчитать, сняв показания скорости с двух пар ультразвуковых датчиков, перпендикулярных друг другу, и используя простую тригонометрию.Правильная работа ультразвукового анемометра требует тщательной разработки аналогового усилителя на приемной стороне и тщательной обработки сигнала для извлечения правильного сигнала из вторичных эхо-сигналов, многолучевого распространения и всех шумов, вызванных окружающей средой.Проектирование и экспериментальные процедуры хорошо документированы.Поскольку [Цзяньцзя] не смог использовать аэродинамическую трубу для испытаний и калибровки, он временно установил анемометр на крыше своей машины и уехал.Полученное значение пропорционально скорости автомобиля по GPS, но немного выше.Это может быть связано с ошибками расчетов или внешними факторами, такими как ветер или возмущения воздушного потока от испытуемого транспортного средства или другого дорожного движения.
Другие датчики включают оптические датчики дождя, датчики освещенности, датчики освещенности и BME280 для измерения давления воздуха, влажности и температуры.Цзяньцзя планирует использовать QingStation на автономной лодке, поэтому он также добавил IMU, компас, GPS и микрофон для окружающего звука.
Благодаря достижениям в области датчиков, электроники и технологий прототипирования построить персональную метеостанцию стало проще, чем когда-либо.Наличие недорогих сетевых модулей позволяет нам гарантировать, что эти устройства IoT смогут передавать свою информацию в общедоступные базы данных, предоставляя местным сообществам соответствующие данные о погоде в их окрестностях.
Манолис Никифоракис пытается построить Погодную пирамиду, полностью полупроводниковое, не требующее обслуживания, автономное устройство для измерения погоды с энергетической и коммуникационной независимостью, предназначенное для крупномасштабного развертывания.Обычно метеостанции оснащены датчиками, измеряющими температуру, давление, влажность, скорость ветра и количество осадков.Хотя большинство этих параметров можно измерить с помощью полупроводниковых датчиков, для определения скорости, направления и количества осадков обычно требуется электромеханическое устройство той или иной формы.
Конструкция таких датчиков сложна и сложна.При планировании крупных развертываний вам также необходимо убедиться, что они экономичны, просты в установке и не требуют частого обслуживания.Устранение всех этих проблем могло бы привести к строительству более надежных и менее дорогих метеостанций, которые затем можно было бы устанавливать в большом количестве в отдаленных районах.
У Манолиса есть некоторые идеи, как решить эти проблемы.Он планирует регистрировать скорость и направление ветра с помощью акселерометра, гироскопа и компаса в блоке инерциальных датчиков (IMU) (вероятно, MPU-9150).План состоит в том, чтобы отслеживать движение датчика IMU, поскольку он свободно раскачивается на кабеле, как маятник.Он сделал некоторые расчеты на салфетке и, похоже, уверен, что они дадут нужные ему результаты при тестировании прототипа.Измерение количества осадков будет осуществляться с помощью емкостных датчиков с использованием специального датчика, такого как MPR121, или встроенной сенсорной функции в ESP32.Конструкция и расположение электродных дорожек очень важны для правильного измерения осадков путем обнаружения капель дождя.Размер, форма и распределение веса корпуса, в котором установлен датчик, также имеют решающее значение, поскольку они влияют на дальность действия, разрешение и точность прибора.Манолис работает над несколькими дизайнерскими идеями, которые он планирует опробовать, прежде чем решить, будет ли вся метеостанция находиться внутри вращающегося корпуса или только датчики внутри.
Из-за своего интереса к метеорологии [Карл] построил метеостанцию. Новейшей из них является ультразвуковой датчик ветра, который использует время полета ультразвуковых импульсов для определения скорости ветра.
Датчик Карлы использует четыре ультразвуковых преобразователя, ориентированных на север, юг, восток и запад, для определения скорости ветра.Измеряя время, необходимое ультразвуковому импульсу для прохождения между датчиками в комнате, и вычитая результаты полевых измерений, мы получаем время полета для каждой оси и, следовательно, скорость ветра.
Это впечатляющая демонстрация инженерных решений, сопровождаемая потрясающе подробным отчетом о проектировании.
Время публикации: 19 апреля 2024 г.