Anemometer Ultrasonik

Stasion cuaca mangrupikeun proyék anu populér pikeun ékspérimén sareng rupa-rupa sénsor lingkungan, sareng anemometer cangkir sareng baling-baling cuaca anu saderhana biasana dipilih pikeun nangtukeun kecepatan sareng arah angin. Pikeun QingStation Jianjia Ma, anjeunna mutuskeun pikeun ngawangun jinis sénsor angin anu béda: anemometer ultrasonik.
Anemometer ultrasonik teu boga bagian anu obah, tapi imbalanana nyaéta paningkatan anu signifikan dina kompleksitas éléktronik. Éta jalan ku cara ngukur waktu anu diperyogikeun ku pulsa sora ultrasonik pikeun dipantulkeun ka panarima dina jarak anu dipikanyaho. Arah angin tiasa diitung ku cara nyandak bacaan kecepatan tina dua pasang sensor ultrasonik anu silih tegak lurus sareng nganggo trigonometri anu saderhana. Operasi anemometer ultrasonik anu leres meryogikeun desain anu ati-ati tina amplifier analog di tungtung panarima sareng pamrosésan sinyal anu éksténsif pikeun nimba sinyal anu leres tina gema sekundér, rambatan multipath, sareng sadaya noise anu disababkeun ku lingkungan. Desain sareng prosedur ékspériméntal didokumentasikeun kalayan saé. Kusabab [Jianjia] teu tiasa nganggo torowongan angin pikeun uji sareng kalibrasi, anjeunna samentawis masang anemometer dina hateup mobilna sareng angkat. Nilai anu dihasilkeun sabanding sareng kecepatan GPS mobil, tapi rada langkung luhur. Ieu tiasa disababkeun ku kasalahan itungan atanapi faktor éksternal sapertos gangguan angin atanapi aliran hawa tina kendaraan uji atanapi lalu lintas jalan sanés.
Sénsor séjénna kaasup sénsor hujan optik, sénsor cahaya, sénsor cahaya sareng BME280 pikeun ngukur tekanan hawa, kalembaban sareng suhu. Jianjia ngarencanakeun pikeun nganggo QingStation dina parahu otonom, janten anjeunna ogé nambihan IMU, kompas, GPS, sareng mikropon pikeun sora ambient.
Hatur nuhun kana kamajuan dina sénsor, éléktronika, sareng téknologi prototipe, ngawangun stasiun cuaca pribadi langkung gampil tibatan saacanna. Kasadiaan modul jaringan anu murah ngamungkinkeun urang pikeun mastikeun yén alat-alat IoT ieu tiasa ngirimkeun inpormasi na ka basis data umum, nyayogikeun data cuaca anu relevan di sakitarna ka masarakat lokal.
Manolis Nikiforakis keur nyobaan ngawangun Piramida Cuaca, alat pangukur cuaca anu sadayana padet, bébas pangropéa, otonom énergi sareng komunikasi anu dirancang pikeun panggunaan skala ageung. Biasana, stasiun cuaca dilengkepan sénsor anu ngukur suhu, tekanan, kalembaban, kecepatan angin sareng présipitasi. Sanaos kaseueuran parameter ieu tiasa diukur nganggo sénsor padet, nangtukeun kecepatan angin, arah, sareng présipitasi biasana meryogikeun sababaraha bentuk alat éléktromékanis.
Desain sensor sapertos kitu rumit sareng nangtang. Nalika ngarencanakeun palaksanaan anu ageung, anjeun ogé kedah mastikeun yén éta hemat biaya, gampang dipasang, sareng henteu meryogikeun pangropéa anu sering. Ngaleungitkeun sadaya masalah ieu tiasa nyababkeun pangwangunan stasiun cuaca anu langkung dipercaya sareng langkung mirah, anu teras tiasa dipasang dina jumlah anu ageung di daérah terpencil.
Manolis gaduh sababaraha ideu ngeunaan kumaha ngarengsekeun masalah ieu. Anjeunna ngarencanakeun pikeun ngarékam kecepatan sareng arah angin tina akselerometer, giroskop sareng kompas dina unit sensor inersia (IMU) (panginten MPU-9150). Rencanana nyaéta pikeun ngalacak gerakan sensor IMU nalika éta ngayun bébas dina kabel, sapertos pendulum. Anjeunna parantos ngalakukeun sababaraha itungan dina serbet sareng sigana yakin yén éta bakal masihan hasil anu diperyogikeun nalika nguji prototipe. Panginderaan curah hujan bakal dilakukeun nganggo sensor kapasitif nganggo sensor khusus sapertos MPR121 atanapi fungsi toél bawaan dina ESP32. Desain sareng lokasi jalur éléktroda penting pisan pikeun pangukuran présipitasi anu leres ku cara ngadeteksi tetesan hujan. Ukuran, bentuk sareng distribusi beurat wadah tempat sensor dipasang ogé penting sabab mangaruhan rentang, résolusi sareng akurasi instrumen. Manolis nuju ngagarap sababaraha ideu desain anu anjeunna rencanakeun pikeun dicobian sateuacan mutuskeun naha sakumna stasiun cuaca bakal aya di jero wadah anu muter atanapi ngan ukur sensor di jero.
Kusabab minatna kana météorologi, [Karl] ngawangun stasiun cuaca. Anu pang anyarna nyaéta sénsor angin ultrasonik, anu nganggo waktos hiber tina pulsa ultrasonik pikeun nangtukeun kecepatan angin.
Sensor Carla ngagunakeun opat transduser ultrasonik, anu diorientasikeun ka kalér, kidul, wétan sareng kulon, pikeun ngadeteksi kecepatan angin. Ku cara ngukur waktos anu diperyogikeun ku pulsa ultrasonik pikeun ngarambat antara sensor dina hiji rohangan sareng ngirangan pangukuran lapangan, urang kéngingkeun waktos hiber pikeun unggal sumbu sareng ku kituna kecepatan angin.
Ieu mangrupikeun démo solusi rékayasa anu pikaresepeun, dibarengan ku laporan desain anu lengkep pisan.