Ультрагукавы анемометр

Метэастанцыі з'яўляюцца папулярным праектам для эксперыментаў з рознымі датчыкамі навакольнага асяроддзя, а для вызначэння хуткасці і напрамку ветру звычайна выбіраюць просты анемометр і флюгер.Для QingStation Цзяньцзя Ма ён вырашыў пабудаваць іншы тып датчыка ветру: ультрагукавы анемометр.
Ультрагукавыя анемометры не маюць рухомых частак, але кампрамісам з'яўляецца значнае павелічэнне складанасці электронных сродкаў.Яны працуюць шляхам вымярэння часу, які патрабуецца для адлюстравання ультрагукавога імпульсу да прымача на вядомай адлегласці.Напрамак ветру можна вылічыць, узяўшы паказанні хуткасці з двух пар ультрагукавых датчыкаў, размешчаных перпендыкулярна адзін аднаму, і з дапамогай простай трыганаметрыі.Правільная праца ультрагукавога анемометра патрабуе дбайнай распрацоўкі аналагавага ўзмацняльніка на прыёмным канцы і шырокай апрацоўкі сігналу для вылучэння правільнага сігналу з другаснага рэха, шматшляховага распаўсюджвання і ўсіх шумоў, выкліканых навакольным асяроддзем.Праектаванне і эксперыментальныя працэдуры добра дакументаваны.Паколькі [Цзяньцзя] не змог выкарыстоўваць аэрадынамічную трубу для тэставання і каліброўкі, ён часова ўсталяваў анемометр на даху свайго аўтамабіля і з'ехаў.Атрыманае значэнне прапарцыянальна хуткасці GPS аўтамабіля, але крыху вышэй.Гэта можа быць з-за памылак у разліках або знешніх фактараў, такіх як вецер або перашкоды паветранага патоку ад выпрабавальнага аўтамабіля або іншага дарожнага руху.
Іншыя датчыкі ўключаюць аптычныя датчыкі дажджу, датчыкі святла, датчыкі асветленасці і BME280 для вымярэння ціску паветра, вільготнасці і тэмпературы.Цзяньцзя плануе выкарыстоўваць QingStation на аўтаномнай лодцы, таму ён таксама дадаў IMU, компас, GPS і мікрафон для навакольнага гуку.
Дзякуючы прагрэсу ў датчыках, электроніцы і тэхналогіі стварэння прататыпаў, пабудаваць персанальную метэастанцыю прасцей, чым калі-небудзь.Наяўнасць недарагіх сеткавых модуляў дазваляе нам гарантаваць, што гэтыя прылады IoT могуць перадаваць сваю інфармацыю ў агульнадаступныя базы даных, забяспечваючы мясцовыя суполкі адпаведнымі дадзенымі аб надвор'і ў іх наваколлі.
Маноліс Нікіфаракіс спрабуе пабудаваць піраміду надвор'я, цалкам цвёрдацельны, неабслугоўваны, аўтаномны прыбор для вымярэння надвор'я, які выкарыстоўвае энергію і камунікацыі, прызначаны для шырокамаштабнага разгортвання.Як правіла, метэастанцыі абсталяваны датчыкамі, якія вымяраюць тэмпературу, ціск, вільготнасць, хуткасць ветру і колькасць ападкаў.У той час як большасць гэтых параметраў можна вымераць з дапамогай цвёрдацельных датчыкаў, для вызначэння хуткасці, напрамку ветру і колькасці ападкаў звычайна патрабуецца нейкая форма электрамеханічнага прылады.
Канструкцыя такіх датчыкаў складаная і складаная.Плануючы буйныя разгортванні, вы таксама павінны пераканацца, што яны эканамічна эфектыўныя, простыя ў ўстаноўцы і не патрабуюць частага абслугоўвання.Ліквідацыя ўсіх гэтых праблем магла б прывесці да будаўніцтва больш надзейных і менш дарагіх метэастанцый, якія потым можна было б усталёўваць у вялікай колькасці ў аддаленых раёнах.
У Маноліса ёсць некалькі ідэй, як вырашыць гэтыя праблемы.Ён плануе фіксаваць хуткасць і кірунак ветру з дапамогай акселерометра, гіраскопа і компаса ў інерцыяльным датчыку (IMU) (верагодна, MPU-9150).План складаецца ў тым, каб адсочваць рух датчыка IMU, калі ён свабодна пагойдваецца на тросе, як маятнік.Ён зрабіў некаторыя разлікі на сурвэтцы і, здаецца, упэўнены, што яны дадуць патрэбныя вынікі пры выпрабаванні прататыпа.Зандзіраванне ападкаў будзе ажыццяўляцца з дапамогай ёмістных датчыкаў з выкарыстаннем спецыяльнага датчыка, напрыклад MPR121, або ўбудаванай сэнсарнай функцыі ў ESP32.Канструкцыя і размяшчэнне электродных дарожак вельмі важныя для правільнага вымярэння ападкаў шляхам выяўлення кропель дажджу.Памер, форма і размеркаванне вагі корпуса, у якім усталяваны датчык, таксама важныя, паколькі яны ўплываюць на дыяпазон, дазвол і дакладнасць прыбора.Маноліс працуе над некалькімі дызайнерскімі ідэямі, якія ён плануе апрабаваць, перш чым вырашыць, ці будзе ўся метэастанцыя знаходзіцца ўнутры корпуса, які верціцца, ці толькі датчыкі ўнутры.
З-за сваёй цікавасці да метэаралогіі [Карл] пабудаваў метэастанцыю. Самая новая з іх - ультрагукавы датчык ветру, які выкарыстоўвае час палёту ультрагукавых імпульсаў для вызначэння хуткасці ветру.
Датчык Карлы выкарыстоўвае чатыры ультрагукавыя датчыкі, арыентаваныя на поўнач, поўдзень, усход і захад, для вызначэння хуткасці ветру.Вымяраючы час, неабходны для праходжання ультрагукавога імпульсу паміж датчыкамі ў пакоі, і адымаючы палявыя вымярэнні, мы атрымліваем час палёту для кожнай восі і, такім чынам, хуткасць ветру.
Гэта ўражлівая дэманстрацыя інжынерных рашэнняў, якая суправаджаецца ашаламляльна падрабязнай справаздачай аб дызайне.