Метэастанцыі — папулярны праект для эксперыментаў з рознымі датчыкамі навакольнага асяроддзя, і для вызначэння хуткасці і напрамку ветру звычайна выбіраюць просты кубкавы анемометр і флюгер. Для станцыі Qing Цзяньцзя Ма вырашыў пабудаваць іншы тып датчыка ветру: ультрагукавы анемометр.
Ультрагукавыя анемометры не маюць рухомых частак, але кампрамісам з'яўляецца значнае павелічэнне складанасці электронікі. Яны працуюць, вымяраючы час, неабходны для адлюстравання ультрагукавога гукавога імпульсу да прымача на вядомай адлегласці. Кірунак ветру можна вылічыць, здымаючы паказанні хуткасці з двух пар ультрагукавых датчыкаў, перпендыкулярных адзін аднаму, і выкарыстоўваючы простую трыганаметрыю. Правільная праца ультрагукавога анемометра патрабуе стараннага праектавання аналагавага ўзмацняльніка на прыёмным канцы і шырокай апрацоўкі сігналу для вылучэння правільнага сігналу з другасных рэха, шматпрамянёвага распаўсюджвання і ўсіх шумоў, выкліканых навакольным асяроддзем. Канструкцыя і эксперыментальныя працэдуры добра дакументаваны. Паколькі [Цзяньцзя] не мог выкарыстоўваць аэрадынамічную трубу для тэставання і каліброўкі, ён часова ўсталяваў анемометр на даху свайго аўтамабіля і з'ехаў. Атрыманае значэнне прапарцыйна хуткасці аўтамабіля па GPS, але крыху вышэйшае. Гэта можа быць звязана з памылкамі ў разліках або знешнімі фактарамі, такімі як перашкоды ветру або паветранага патоку ад выпрабавальнага аўтамабіля або іншага дарожнага руху.
Сярод іншых датчыкаў — 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 развіццю датчыкаў, электронікі і тэхналогій прататыпавання, стварыць персанальную метэастанцыю стала прасцей, чым калі-небудзь. Наяўнасць недарагіх сеткавых модуляў дазваляе нам гарантаваць, што гэтыя прылады Інтэрнэту рэчаў могуць перадаваць сваю інфармацыю ў публічныя базы дадзеных, забяспечваючы мясцовыя супольнасці адпаведнымі дадзенымі пра надвор'е ў іх наваколлі.
Маноліс Нікіфаракіс спрабуе пабудаваць «Піраміду надвор'я» — цалкам цвёрдацельную, непатрабавальную да абслугоўвання, аўтаномную ў выкарыстанні энергетыкі і сувязі прыладу для вымярэння надвор'я, прызначаную для маштабнага разгортвання. Як правіла, метэастанцыі абсталяваны датчыкамі, якія вымяраюць тэмпературу, ціск, вільготнасць, хуткасць ветру і ападкі. Хоць большасць гэтых параметраў можна вымераць з дапамогай цвёрдацельных датчыкаў, для вызначэння хуткасці, напрамку і ападкаў звычайна патрабуецца нейкая электрамеханічная прылада.
Канструкцыя такіх датчыкаў складаная і непрадказальная. Пры планаванні буйных праектаў разгортвання неабходна таксама пераканацца, што яны эканамічна эфектыўныя, простыя ў мантажы і не патрабуюць частага абслугоўвання. Ліквідацыя ўсіх гэтых праблем можа прывесці да будаўніцтва больш надзейных і менш дарагіх метэастанцый, якія потым можна будзе ўсталёўваць 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 заключаецца ў тым, каб адсочваць рух датчыка IMU, калі ён свабодна хістаецца на тросе, як маятнік. Ён зрабіў некаторыя разлікі на сурвэтцы і, здаецца, упэўнены, што яны дадуць яму патрэбныя вынікі пры тэсціраванні прататыпа. Датчыкі ападкаў будуць выконвацца з дапамогай ёмістных датчыкаў з выкарыстаннем спецыяльнага датчыка, напрыклад, MPR121, або ўбудаванай сэнсарнай функцыі ў ESP32. Канструкцыя і размяшчэнне дарожак электродаў вельмі важныя для правільнага вымярэння ападкаў шляхам выяўлення кропель дажджу. Памер, форма і размеркаванне вагі корпуса, у якім усталяваны датчык, таксама маюць вырашальнае значэнне, бо яны ўплываюць на дыяпазон, раздзяляльную здольнасць і дакладнасць прыбора. Маноліс працуе над некалькімі ідэямі дызайну, якія ён плануе паспрабаваць, перш чым вырашыць, ці будзе ўся метэастанцыя знаходзіцца ўнутры круцільнага корпуса, ці толькі датчыкі ўнутры.
З-за цікавасці да метэаралогіі [Карл] пабудаваў метэастанцыю. Найноўшая з іх — ультрагукавой датчык ветру, які выкарыстоўвае час пралёту ультрагукавых імпульсаў для вызначэння хуткасці ветру.
Датчык Карлы выкарыстоўвае чатыры ультрагукавыя пераўтваральнікі, арыентаваныя на поўнач, поўдзень, усход і захад, для вызначэння хуткасці ветру. Вымераючы час, неабходны ультрагукаваму імпульсу для праходжання паміж датчыкамі ў пакоі, і аднімаючы вымярэнні поля, мы атрымліваем час пралёту для кожнай восі і, такім чынам, хуткасць ветру.
Гэта ўражлівая дэманстрацыя інжынерных рашэнняў, якая суправаджаецца ўзрушаюча падрабязным справаздачай аб праектаванні.
Час публікацыі: 19 красавіка 2024 г.