Метеоролошке станице су популаран пројекат за експериментисање са различитим сензорима за животну средину, а једноставан анемометар у облику шоље и ветромер се обично бирају за одређивање брзине и правца ветра. За Ђианђиа Маову Ћинг станицу, одлучио је да направи другачији тип сензора ветра: ултразвучни анемометар.
Ултразвучни анемометри немају покретне делове, али компромис је значајно повећање електронске сложености. Они раде мерењем времена потребног да се ултразвучни звучни импулс одбије до пријемника на познатој удаљености. Правац ветра може се израчунати узимањем очитавања брзине са два пара ултразвучних сензора нормалних један на други и коришћењем једноставне тригонометрије. Правилан рад ултразвучног анемометра захтева пажљив дизајн аналогног појачала на пријемном крају и опсежну обраду сигнала како би се извукао исправан сигнал из секундарних одјека, вишеструког простирања и свих бука изазваних околином. Дизајн и експериментални поступци су добро документовани. Пошто [Ђианђиа] није могао да користи аеротунел за тестирање и калибрацију, привремено је инсталирао анемометар на кров свог аутомобила и отишао. Добијена вредност је пропорционална ГПС брзини аутомобила, али нешто већа. То може бити због грешака у прорачуну или спољних фактора као што су ветар или поремећаји протока ваздуха из тестног возила или другог друмског саобраћаја.
Остали сензори укључују оптичке сензоре за кишу, сензоре светлости, сензоре светлости и BME280 за мерење ваздушног притиска, влажности и температуре. Ђианђиа планира да користи QingStation на аутономном чамцу, па је додао и IMU, компас, GPS и микрофон за амбијентални звук.
Захваљујући напретку сензора, електронике и технологије израде прототипова, изградња личне метеоролошке станице је лакша него икад. Доступност јефтиних мрежних модула нам омогућава да осигурамо да ови IoT уређаји могу да преносе своје информације у јавне базе података, пружајући локалним заједницама релевантне временске податке у њиховом окружењу.
Манолис Никифоракис покушава да направи Временску пирамиду, потпуно чврсти, неодржавајући, енергетски и комуникационо аутономан уређај за мерење времена, дизајниран за примену великих размера. Типично, метеоролошке станице су опремљене сензорима који мере температуру, притисак, влажност, брзину ветра и падавине. Док се већина ових параметара може мерити помоћу чврстих сензора, одређивање брзине ветра, правца и падавина обично захтева неки облик електромеханичког уређаја.
Дизајн таквих сензора је сложен и изазован. Приликом планирања великих примена, такође је потребно осигурати да су исплативи, једноставни за инсталацију и да не захтевају често одржавање. Елиминисање свих ових проблема могло би довести до изградње поузданијих и јефтинијих метеоролошких станица, које би се затим могле инсталирати у великом броју у удаљеним подручјима.
Манолис има неке идеје како да реши ове проблеме. Планира да снима брзину и смер ветра помоћу акцелерометра, жироскопа и компаса у инерцијалној сензорској јединици (IMU) (вероватно MPU-9150). План је да се прати кретање IMU сензора док се слободно љуља на каблу, попут клатна. Урадио је неке прорачуне на салвети и делује уверено да ће дати резултате који су му потребни приликом тестирања прототипа. Сензор падавина ће се вршити помоћу капацитивних сензора користећи наменски сензор као што је MPR121 или уграђену функцију додира у ESP32. Дизајн и локација стаза електрода су веома важни за исправно мерење падавина детекцијом кишних капи. Величина, облик и расподела тежине кућишта у којем је сензор монтиран такође су критични јер утичу на домет, резолуцију и тачност инструмента. Манолис ради на неколико идеја за дизајн које планира да испроба пре него што одлучи да ли ће цела метеоролошка станица бити унутар ротирајућег кућишта или само сензори унутра.
Због свог интересовања за метеорологију, [Карл] је направио метеоролошку станицу. Најновији од њих је ултразвучни сензор ветра, који користи време лета ултразвучних импулса за одређивање брзине ветра.
Карлин сензор користи четири ултразвучна претварача, оријентисана ка северу, југу, истоку и западу, за детекцију брзине ветра. Мерењем времена потребног да ултразвучни импулс пређе пут између сензора у просторији и одузимањем мерења поља, добијамо време лета за сваку осу и самим тим брзину ветра.
Ово је импресивна демонстрација инжењерских решења, праћена запањујуће детаљним извештајем о дизајну.
Време објаве: 19. април 2024.