بادسنج اولتراسونیک

ایستگاه های هواشناسی پروژه ای محبوب برای آزمایش با سنسورهای مختلف محیطی هستند و معمولاً بادسنج ساده فنجانی و هواشناسی برای تعیین سرعت و جهت باد انتخاب می شوند.برای QingStation جیانجیا ما، او تصمیم گرفت نوع متفاوتی از حسگر باد بسازد: بادسنج اولتراسونیک.
بادسنج های اولتراسونیک هیچ قطعه متحرکی ندارند، اما این مبادله افزایش قابل توجهی در پیچیدگی الکترونیکی است.آنها با اندازه گیری زمان لازم برای انعکاس پالس صوتی اولتراسونیک به گیرنده در فاصله مشخصی کار می کنند.جهت باد را می توان با گرفتن قرائت سرعت از دو جفت حسگر اولتراسونیک عمود بر یکدیگر و با استفاده از مثلثات ساده محاسبه کرد.عملکرد صحیح بادسنج اولتراسونیک مستلزم طراحی دقیق تقویت کننده آنالوگ در انتهای گیرنده و پردازش سیگنال گسترده برای استخراج سیگنال صحیح از اکوهای ثانویه، انتشار چند مسیره و تمام نویزهای ناشی از محیط است.طراحی و روش های آزمایشی به خوبی مستند شده است.از آنجایی که [جیانجیا] نتوانست از تونل باد برای آزمایش و کالیبراسیون استفاده کند، بادسنج را به طور موقت روی سقف ماشین خود نصب کرد و رفت.مقدار به دست آمده متناسب با سرعت GPS خودرو است، اما کمی بیشتر است.این ممکن است به دلیل اشتباهات محاسباتی یا عوامل خارجی مانند باد یا اختلالات جریان هوا از وسیله نقلیه آزمایشی یا سایر ترافیک جاده باشد.
سنسورهای دیگر شامل سنسورهای نوری باران، سنسورهای نور، سنسورهای نور و BME280 برای اندازه‌گیری فشار، رطوبت و دما هستند.جیانجیا قصد دارد از QingStation در یک قایق خودمختار استفاده کند، بنابراین او همچنین یک IMU، قطب نما، GPS و میکروفون برای صدای محیط اضافه کرد.
به لطف پیشرفت در حسگرها، الکترونیک و فناوری نمونه سازی، ساخت یک ایستگاه هواشناسی شخصی آسان تر از همیشه است.در دسترس بودن ماژول‌های شبکه کم‌هزینه به ما امکان می‌دهد اطمینان حاصل کنیم که این دستگاه‌های اینترنت اشیا می‌توانند اطلاعات خود را به پایگاه‌های داده عمومی منتقل کنند و به جوامع محلی داده‌های مربوط به آب و هوا را در اطراف خود ارائه دهند.
مانولیس نیکیفوراکیس در تلاش است تا یک هرم آب و هوا بسازد، یک دستگاه سنجش آب و هوا کاملاً جامد، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، انرژی و ارتباطات مستقل که برای استقرار در مقیاس بزرگ طراحی شده است.به طور معمول، ایستگاه های هواشناسی مجهز به حسگرهایی هستند که دما، فشار، رطوبت، سرعت باد و بارش را اندازه گیری می کنند.در حالی که بیشتر این پارامترها را می توان با استفاده از حسگرهای حالت جامد اندازه گیری کرد، تعیین سرعت، جهت و بارندگی باد معمولاً به نوعی دستگاه الکترومکانیکی نیاز دارد.
طراحی چنین حسگرهایی پیچیده و چالش برانگیز است.هنگام برنامه ریزی استقرارهای بزرگ، همچنین باید مطمئن شوید که آنها مقرون به صرفه هستند، نصب آن ها آسان است و نیازی به تعمیر و نگهداری مکرر ندارند.از بین بردن همه این مشکلات می تواند منجر به ساخت ایستگاه های هواشناسی قابل اعتمادتر و ارزان تر شود که سپس می توانند به تعداد زیاد در مناطق دورافتاده نصب شوند.
Manolis ایده هایی در مورد چگونگی حل این مشکلات دارد.او قصد دارد سرعت و جهت باد را از شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و قطب‌نما در واحد حسگر اینرسی (IMU) (احتمالاً MPU-9150) ثبت کند.برنامه این است که حرکت حسگر IMU را در حالی که آزادانه روی کابل مانند آونگ می چرخد، ردیابی کند.او برخی از محاسبات را روی یک دستمال انجام داده است و به نظر می رسد مطمئن است که آنها نتایج مورد نیاز خود را هنگام آزمایش نمونه اولیه به دست خواهند آورد.سنجش بارندگی با استفاده از حسگرهای خازنی با استفاده از حسگر اختصاصی مانند MPR121 یا عملکرد لمسی داخلی در ESP32 انجام خواهد شد.طراحی و محل مسیرهای الکترود برای اندازه گیری صحیح بارش با تشخیص قطرات باران بسیار مهم است.اندازه، شکل و توزیع وزن محفظه ای که سنسور در آن نصب شده نیز بسیار مهم است زیرا بر برد، وضوح و دقت ابزار تأثیر می گذارد.Manolis در حال کار بر روی چندین ایده طراحی است که قصد دارد قبل از تصمیم گیری در مورد اینکه آیا کل ایستگاه هواشناسی در داخل محفظه چرخان قرار دارد یا فقط سنسورهای داخل آن، آنها را امتحان کند.
[کارل] به دلیل علاقه اش به هواشناسی، یک ایستگاه هواشناسی ساخت. جدیدترین آنها حسگر باد اولتراسونیک است که از زمان پرواز پالس های اولتراسونیک برای تعیین سرعت باد استفاده می کند.
سنسور کارلا از چهار مبدل اولتراسونیک با جهت شمال، جنوب، شرق و غرب برای تشخیص سرعت باد استفاده می کند.با اندازه‌گیری زمان لازم برای حرکت پالس اولتراسونیک بین حسگرهای یک اتاق و کم کردن اندازه‌گیری‌های میدان، زمان پرواز برای هر محور و در نتیجه سرعت باد را به‌دست می‌آوریم.
این یک نمایش چشمگیر از راه حل های مهندسی است که با یک گزارش طراحی با جزئیات خیره کننده همراه است.