Ultrasonic Anemometer

Ang mga weather station usa ka sikat nga proyekto para sa pag-eksperimento sa nagkalain-laing environmental sensors, ug usa ka simpleng cup anemometer ug weather vane ang kasagarang gipili aron mahibal-an ang gikusgon ug direksyon sa hangin. Para sa QingStation ni Jianjia Ma, nakahukom siya nga maghimo og lahi nga klase sa wind sensor: usa ka ultrasonic anemometer.
Ang mga ultrasonic anemometer walay naglihok nga mga parte, apan ang trade-off mao ang dakong pagtaas sa electronic complexity. Kini mogana pinaagi sa pagsukod sa oras nga gikinahanglan para sa usa ka ultrasonic sound pulse nga mo-reflect sa usa ka receiver sa usa ka nahibal-an nga distansya. Ang direksyon sa hangin mahimong makalkulo pinaagi sa pagkuha sa speed readings gikan sa duha ka pares sa ultrasonic sensors nga patindog sa usag usa ug gamit ang simpleng trigonometry. Ang hustong operasyon sa usa ka ultrasonic anemometer nanginahanglan og maampingong disenyo sa analog amplifier sa receiving end ug halapad nga signal processing aron makuha ang saktong signal gikan sa secondary echoes, multipath propagation, ug tanang kasaba nga gipahinabo sa palibot. Ang disenyo ug mga pamaagi sa eksperimento maayo nga nadokumento. Tungod kay [Jianjia] wala makagamit sa wind tunnel para sa pagsulay ug kalibrasyon, temporaryo niyang gi-install ang anemometer sa atop sa iyang sakyanan ug mibiya. Ang resulta nga bili proporsyonal sa GPS speed sa sakyanan, apan gamay nga mas taas. Mahimo kini tungod sa mga sayop sa kalkulasyon o mga eksternal nga hinungdan sama sa hangin o mga kagubot sa airflow gikan sa test vehicle o uban pang trapiko sa dalan.
Ang ubang mga sensor naglakip sa optical rain sensors, light sensors, light sensors ug BME280 para sa pagsukod sa presyur sa hangin, humidity ug temperatura. Nagplano si Jianjia nga gamiton ang QingStation sa usa ka autonomous boat, busa nagdugang usab siya og IMU, compass, GPS, ug microphone para sa ambient sound.
Tungod sa mga pag-uswag sa mga sensor, elektroniko, ug teknolohiya sa prototyping, ang pagtukod og personal nga weather station mas sayon ​​na karon. Ang pagkaanaa sa mga barato nga network module nagtugot kanato sa pagsiguro nga kini nga mga IoT device makapadala sa ilang impormasyon ngadto sa mga pampublikong database, nga makahatag sa mga lokal nga komunidad og may kalabutan nga datos sa panahon sa ilang palibot.
Si Manolis Nikiforakis naningkamot sa pagtukod og Weather Pyramid, usa ka all-solid-state, maintenance-free, energy- ug communications-autonomous nga device sa pagsukod sa panahon nga gidisenyo alang sa dako nga deployment. Kasagaran, ang mga weather station adunay mga sensor nga nagsukod sa temperatura, presyur, humidity, gikusgon sa hangin ug ulan. Samtang kadaghanan niini nga mga parameter masukod gamit ang solid-state sensors, ang pagtino sa gikusgon sa hangin, direksyon, ug ulan kasagaran nagkinahanglan og pipila ka matang sa electromechanical device.
Komplikado ug mahagiton ang disenyo sa maong mga sensor. Kon nagplano og dagkong mga deployment, kinahanglan usab nimo nga sigurohon nga kini barato, dali i-install, ug dili magkinahanglan og kanunay nga pagmentinar. Ang pagwagtang niining tanan nga mga problema mahimong mosangpot sa pagtukod og mas kasaligan ug dili mahal nga mga weather station, nga mahimong i-install sa daghang gidaghanon sa mga hilit nga lugar.
Si Manolis adunay pipila ka mga ideya kon unsaon pagsulbad kini nga mga problema. Nagplano siya nga makuha ang gikusgon ug direksyon sa hangin gikan sa accelerometer, gyroscope ug compass sa usa ka inertial sensor unit (IMU) (tingali usa ka MPU-9150). Ang plano mao ang pagsubay sa paglihok sa IMU sensor samtang kini gawasnon nga nag-swing sa usa ka cable, sama sa usa ka pendulum. Naghimo siya og pipila ka mga kalkulasyon sa usa ka napkin ug daw masaligon nga kini makahatag sa mga resulta nga iyang gikinahanglan sa pagsulay sa prototype. Ang rainfall sensing himoon gamit ang capacitive sensors gamit ang usa ka dedicated sensor sama sa MPR121 o ang built-in touch function sa ESP32. Ang disenyo ug lokasyon sa mga electrode track importante kaayo alang sa husto nga pagsukod sa ulan pinaagi sa pag-detect sa mga tinulo sa ulan. Ang gidak-on, porma ug distribusyon sa gibug-aton sa housing diin gibutang ang sensor kritikal usab tungod kay kini makaapekto sa range, resolution ug accuracy sa instrumento. Si Manolis nagtrabaho sa daghang mga ideya sa disenyo nga plano niyang sulayan sa dili pa modesisyon kung ang tibuok weather station naa ba sa sulod sa rotating housing o ang mga sensor lang sa sulod.
Tungod sa iyang interes sa meteorolohiya, si [Karl] nagtukod og estasyon sa panahon. Ang pinakabag-o niini mao ang ultrasonic wind sensor, nga naggamit sa oras sa paglupad sa ultrasonic pulses aron mahibal-an ang gikusgon sa hangin.
Ang sensor ni Carla naggamit ug upat ka ultrasonic transducers, nga naka-orient sa amihanan, habagatan, sidlakan ug kasadpan, aron ma-detect ang gikusgon sa hangin. Pinaagi sa pagsukod sa oras nga gikinahanglan sa usa ka ultrasonic pulse sa pagbiyahe tali sa mga sensor sa usa ka kwarto ug pag-iban sa mga sukod sa field, atong makuha ang oras sa paglupad sa matag axis ug busa ang gikusgon sa hangin.
Kini usa ka impresibong demonstrasyon sa mga solusyon sa inhenyeriya, inubanan sa usa ka detalyado kaayo nga report sa disenyo.