Az időjárás-állomások népszerű projektek a különféle környezeti érzékelőkkel való kísérletezéshez, és általában egy egyszerű csésze alakú szélsebességmérőt és egy szélkakast választanak a szélsebesség és -irány meghatározására. Jianjia Ma QingStation állomásához egy másfajta szélérzékelőt tervezett: egy ultrahangos szélsebességmérőt.
Az ultrahangos szélsebességmérőknek nincsenek mozgó alkatrészeik, de a kompromisszum az elektronika bonyolultságának jelentős növekedése. Úgy működnek, hogy mérik azt az időt, amely alatt egy ultrahangos hangimpulzus visszaverődik egy ismert távolságban lévő vevőhöz. A szélirány kiszámítható két, egymásra merőleges ultrahangos érzékelőpár sebességértékeinek leolvasásával és egyszerű trigonometria alkalmazásával. Az ultrahangos szélsebességmérő megfelelő működése megköveteli az analóg erősítő gondos tervezését a vételi oldalon, valamint kiterjedt jelfeldolgozást, hogy a másodlagos visszhangokból, a többutas terjedésből és a környezet által okozott összes zajból a helyes jelet kinyerjék. A tervezési és kísérleti eljárások jól dokumentáltak. Mivel [Jianjia] nem tudta használni a szélcsatornát teszteléshez és kalibráláshoz, ideiglenesen az autója tetejére szerelte az szélsebességmérőt, és elment. A kapott érték arányos az autó GPS-sebességével, de valamivel magasabb. Ez számítási hibáknak vagy külső tényezőknek, például a tesztjármű vagy más közúti forgalom által okozott szél- vagy légáramlási zavaroknak tudható be.
Egyéb érzékelők közé tartoznak az optikai esőérzékelők, a fényérzékelők, a fényérzékelők és a BME280 a légnyomás, a páratartalom és a hőmérséklet mérésére. Jianjia azt tervezi, hogy a QingStationt egy önvezető hajón fogja használni, ezért beépített egy IMU-t, iránytűt, GPS-t és mikrofont a környezeti hangok érzékelésére.
Az érzékelők, az elektronika és a prototípus-technológia fejlődésének köszönhetően a személyes meteorológiai állomás építése minden eddiginél könnyebb. Az alacsony költségű hálózati modulok elérhetősége lehetővé teszi számunkra, hogy ezek az IoT-eszközök nyilvános adatbázisokba továbbítsák információikat, releváns időjárási adatokkal látva el a helyi közösségeket a környezetükben.
Manolis Nikiforakis egy Időjárás-piramist próbál építeni, egy teljesen szilárdtest, karbantartásmentes, energia- és kommunikációs szempontból autonóm időjárás-mérő eszközt, amelyet nagyméretű telepítésre terveztek. A meteorológiai állomások jellemzően olyan érzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek a hőmérsékletet, a nyomást, a páratartalmat, a szélsebességet és a csapadékot mérik. Míg ezeknek a paramétereknek a nagy részét szilárdtest-érzékelőkkel lehet mérni, a szélsebesség, az irány és a csapadék meghatározása jellemzően valamilyen elektromechanikus eszközt igényel.
Az ilyen érzékelők tervezése összetett és kihívásokkal teli. Nagyobb telepítések tervezésekor azt is biztosítani kell, hogy költséghatékonyak, könnyen telepíthetők legyenek, és ne igényeljenek gyakori karbantartást. Ezen problémák kiküszöbölése megbízhatóbb és olcsóbb meteorológiai állomások építéséhez vezethet, amelyeket aztán nagy számban lehetne telepíteni távoli területeken.
Manolisnak vannak ötletei ezeknek a problémáknak a megoldására. Azt tervezi, hogy egy inerciális érzékelőegységben (IMU) (valószínűleg egy MPU-9150) rögzíti a szélsebességet és -irányt a gyorsulásmérő, a giroszkóp és az iránytű segítségével. A terv az, hogy nyomon kövesse az IMU érzékelő mozgását, miközben az egy kábelen szabadon leng, mint egy inga. Elvégzett néhány számítást egy szalvétán, és biztos benne, hogy ezek megadják a prototípus tesztelésekor szükséges eredményeket. A csapadékérzékelést kapacitív érzékelőkkel fogják végezni, egy erre a célra szolgáló érzékelő, például az MPR121 vagy az ESP32 beépített érintőfunkciójának használatával. Az elektródapályák kialakítása és elhelyezkedése nagyon fontos a csapadék esőcseppek érzékelésével történő helyes méréséhez. Az érzékelőt tartalmazó ház mérete, alakja és súlyeloszlása szintén kritikus fontosságú, mivel befolyásolja a műszer hatótávolságát, felbontását és pontosságát. Manolis számos tervezési ötleten dolgozik, amelyeket ki akar próbálni, mielőtt eldönti, hogy a teljes meteorológiai állomás a forgó házban lesz-e, vagy csak a benne lévő érzékelők.
A meteorológia iránti érdeklődése miatt [Karl] épített egy meteorológiai állomást. Ezek közül a legújabb az ultrahangos szélérzékelő, amely az ultrahangos impulzusok repülési idejét használja a szélsebesség meghatározására.
Carla érzékelője négy ultrahangos jelátalakítót használ, amelyek északra, délre, keletre és nyugatra vannak irányítva a szélsebesség méréséhez. Ha megmérjük, hogy mennyi idő alatt jut el egy ultrahangos impulzus a szobában lévő érzékelők között, és kivonjuk a terepi mérések eredményeit, megkapjuk az egyes tengelyek repülési idejét, és így a szélsebességet.
Ez egy lenyűgöző mérnöki megoldások bemutatója, amelyet egy lenyűgözően részletes tervjelentés kísér.
Közzététel ideje: 2024. április 19.