Anemómetro ultrasónico

As estacións meteorolóxicas son un proxecto popular para experimentar con varios sensores ambientais, e normalmente escóllense un simple anemómetro de vaso e unha veleta para determinar a velocidade e dirección do vento.Para a QingStation de Jianjia Ma, decidiu construír un tipo diferente de sensor de vento: un anemómetro ultrasónico.
Os anemómetros ultrasónicos non teñen partes móbiles, pero a compensación é un aumento significativo da complexidade electrónica.Funcionan medindo o tempo que tarda un pulso de son ultrasónico en reflectirse nun receptor a unha distancia coñecida.A dirección do vento pódese calcular tomando lecturas de velocidade de dous pares de sensores ultrasónicos perpendiculares entre si e usando trigonometría sinxela.O funcionamento correcto dun anemómetro ultrasónico require un deseño coidadoso do amplificador analóxico no extremo receptor e un procesado de sinal extenso para extraer o sinal correcto dos ecos secundarios, a propagación de camiños múltiples e todo o ruído causado polo ambiente.O deseño e os procedementos experimentais están ben documentados.Como [Jianjia] non puido usar o túnel de vento para probas e calibracións, instalou temporalmente o anemómetro no teito do seu coche e marchou.O valor resultante é proporcional á velocidade do GPS do coche, pero lixeiramente superior.Isto pode deberse a erros de cálculo ou a factores externos, como as perturbacións do vento ou do fluxo de aire do vehículo de proba ou doutro tráfico por estrada.
Outros sensores inclúen sensores ópticos de choiva, sensores de luz, sensores de luz e BME280 para medir a presión do aire, a humidade e a temperatura.Jianjia planea usar a QingStation nun barco autónomo, polo que tamén engadiu unha IMU, compás, GPS e micrófono para o son ambiental.
Grazas aos avances en sensores, electrónica e tecnoloxía de prototipado, construír unha estación meteorolóxica persoal é máis fácil que nunca.A dispoñibilidade de módulos de rede de baixo custo permítenos garantir que estes dispositivos IoT poidan transmitir a súa información a bases de datos públicas, proporcionando ás comunidades locais datos meteorolóxicos relevantes no seu contorno.
Manolis Nikiforakis está a tentar construír unha pirámide meteorolóxica, un dispositivo de medición do tempo en estado sólido, sen mantemento e autónomo de enerxía e comunicacións, deseñado para a súa implantación a gran escala.Normalmente, as estacións meteorolóxicas están equipadas con sensores que miden temperatura, presión, humidade, velocidade do vento e precipitacións.Aínda que a maioría destes parámetros pódense medir mediante sensores de estado sólido, a determinación da velocidade do vento, a dirección e a precipitación normalmente require algún tipo de dispositivo electromecánico.
O deseño destes sensores é complexo e desafiante.Ao planificar grandes implantacións, tamén cómpre asegurarse de que sexan rendibles, fáciles de instalar e non requiran mantemento frecuente.Eliminar todos estes problemas podería levar á construción de estacións meteorolóxicas máis fiables e menos custosas, que logo poderían instalarse en gran cantidade en zonas remotas.
Manolis ten algunhas ideas sobre como resolver estes problemas.Planea capturar a velocidade e dirección do vento desde o acelerómetro, o xiroscopio e o compás nunha unidade de sensor inercial (IMU) (probablemente un MPU-9150).O plan é seguir o movemento do sensor IMU mentres se balancea libremente nun cable, como un péndulo.Fixo uns cálculos nunha servilleta e parece confiado en que darán os resultados que necesita á hora de probar o prototipo.A detección de choiva realizarase mediante sensores capacitivos mediante un sensor dedicado como o MPR121 ou a función táctil integrada no ESP32.O deseño e localización das pistas dos electrodos son moi importantes para a correcta medición da precipitación detectando pingas de choiva.O tamaño, a forma e a distribución do peso da carcasa na que está montado o sensor tamén son críticos xa que afectan ao alcance, resolución e precisión do instrumento.Manolis está a traballar en varias ideas de deseño que planea probar antes de decidir se toda a estación meteorolóxica estará dentro da carcasa rotativa ou só os sensores dentro.
Debido ao seu interese pola meteoroloxía, [Karl] construíu unha estación meteorolóxica. O máis novo deles é o sensor de vento ultrasónico, que utiliza o tempo de voo dos pulsos ultrasónicos para determinar a velocidade do vento.
O sensor de Carla utiliza catro transdutores ultrasónicos, orientados ao norte, sur, leste e oeste, para detectar a velocidade do vento.Medindo o tempo que tarda un pulso ultrasónico en viaxar entre os sensores dunha habitación e restando as medidas de campo, obtemos o tempo de voo para cada eixe e, polo tanto, a velocidade do vento.
Esta é unha demostración impresionante de solucións de enxeñería, acompañada dun informe de deseño sorprendentemente detallado.