ایستگاه‌های هواشناسی یک پروژه محبوب برای آزمایش با حسگرهای مختلف محیطی هستند و معمولاً یک بادسنج فنجانی ساده و یک بادنما برای تعیین سرعت و جهت باد انتخاب می‌شوند. جیانجیا ما برای ایستگاه Qing خود تصمیم گرفت نوع متفاوتی از حسگر باد را بسازد: یک بادسنج اولتراسونیک.
بادسنج‌های اولتراسونیک هیچ قطعه متحرکی ندارند، اما در عوض، افزایش قابل توجهی در پیچیدگی الکترونیکی ایجاد می‌کنند. آنها با اندازه‌گیری زمان لازم برای بازتاب یک پالس صوتی اولتراسونیک به گیرنده‌ای در فاصله مشخص کار می‌کنند. جهت باد را می‌توان با اندازه‌گیری سرعت از دو جفت حسگر اولتراسونیک عمود بر یکدیگر و با استفاده از مثلثات ساده محاسبه کرد. عملکرد صحیح بادسنج اولتراسونیک نیاز به طراحی دقیق تقویت‌کننده آنالوگ در انتهای گیرنده و پردازش گسترده سیگنال برای استخراج سیگنال صحیح از پژواک‌های ثانویه، انتشار چندمسیره و تمام نویزهای ناشی از محیط دارد. مراحل طراحی و آزمایش به خوبی مستند شده‌اند. از آنجایی که [جیانجیا] قادر به استفاده از تونل باد برای آزمایش و کالیبراسیون نبود، بادسنج را به طور موقت روی سقف ماشین خود نصب کرد و رفت. مقدار حاصل متناسب با سرعت GPS ماشین است، اما کمی بالاتر. این ممکن است به دلیل خطاهای محاسبه یا عوامل خارجی مانند باد یا اختلالات جریان هوا از وسیله نقلیه آزمایشی یا سایر ترافیک جاده‌ای باشد.
حسگرهای دیگر شامل حسگرهای باران نوری، حسگرهای نور، حسگرهای نور و BME280 برای اندازه‌گیری فشار هوا، رطوبت و دما هستند. جیانجیا قصد دارد از QingStation در یک قایق خودران استفاده کند، بنابراین او همچنین یک IMU، قطب‌نما، GPS و میکروفون برای صدای محیط به آن اضافه کرده است.
به لطف پیشرفت در حسگرها، الکترونیک و فناوری نمونه‌سازی، ساخت یک ایستگاه هواشناسی شخصی آسان‌تر از همیشه شده است. در دسترس بودن ماژول‌های شبکه کم‌هزینه به ما این امکان را می‌دهد که اطمینان حاصل کنیم که این دستگاه‌های اینترنت اشیا می‌توانند اطلاعات خود را به پایگاه‌های داده عمومی منتقل کنند و داده‌های آب و هوایی مرتبط را در محیط اطراف خود در اختیار جوامع محلی قرار دهند.
مانولیس نیکیفوراکیس در تلاش است تا یک هرم آب و هوا بسازد، یک دستگاه اندازه‌گیری آب و هوا کاملاً حالت جامد، بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، مستقل از انرژی و ارتباطات که برای استقرار در مقیاس بزرگ طراحی شده است. معمولاً ایستگاه‌های هواشناسی مجهز به حسگرهایی هستند که دما، فشار، رطوبت، سرعت باد و بارندگی را اندازه‌گیری می‌کنند. در حالی که اکثر این پارامترها را می‌توان با استفاده از حسگرهای حالت جامد اندازه‌گیری کرد، تعیین سرعت باد، جهت و بارندگی معمولاً به نوعی دستگاه الکترومکانیکی نیاز دارد.
طراحی چنین حسگرهایی پیچیده و چالش‌برانگیز است. هنگام برنامه‌ریزی برای استقرارهای بزرگ، باید اطمینان حاصل کنید که آنها مقرون‌به‌صرفه، نصب آسان و بدون نیاز به نگهداری مکرر باشند. رفع همه این مشکلات می‌تواند منجر به ساخت ایستگاه‌های هواشناسی قابل اعتمادتر و ارزان‌تر شود که سپس می‌توان آنها را به تعداد زیاد در مناطق دورافتاده نصب کرد.
مانولیس ایده‌هایی برای حل این مشکلات دارد. او قصد دارد سرعت و جهت باد را از شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و قطب‌نما در یک واحد حسگر اینرسی (IMU) (احتمالاً MPU-9150) ثبت کند. برنامه این است که حرکت حسگر IMU را هنگام چرخش آزادانه روی یک کابل، مانند یک پاندول، ردیابی کند. او محاسباتی را روی یک دستمال انجام داده و به نظر می‌رسد مطمئن است که هنگام آزمایش نمونه اولیه، نتایج مورد نیاز او را به دست خواهند آورد. سنجش بارندگی با استفاده از حسگرهای خازنی با استفاده از یک حسگر اختصاصی مانند MPR121 یا عملکرد لمسی داخلی در ESP32 انجام خواهد شد. طراحی و محل قرارگیری مسیرهای الکترود برای اندازه‌گیری صحیح بارندگی با تشخیص قطرات باران بسیار مهم است. اندازه، شکل و توزیع وزن محفظه‌ای که حسگر در آن نصب شده است نیز بسیار مهم است زیرا بر برد، وضوح و دقت دستگاه تأثیر می‌گذارد. مانولیس در حال کار بر روی چندین ایده طراحی است که قصد دارد قبل از تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا کل ایستگاه هواشناسی درون محفظه چرخان قرار خواهد گرفت یا فقط حسگرهای داخل آن، آنها را امتحان کند.
به دلیل علاقه‌اش به هواشناسی، [کارل] یک ایستگاه هواشناسی ساخت. جدیدترین آنها حسگر باد اولتراسونیک است که از زمان پرواز پالس‌های اولتراسونیک برای تعیین سرعت باد استفاده می‌کند.
حسگر کارلا از چهار مبدل فراصوت، که در جهت‌های شمال، جنوب، شرق و غرب قرار دارند، برای تشخیص سرعت باد استفاده می‌کند. با اندازه‌گیری زمان لازم برای حرکت یک پالس فراصوت بین حسگرها در یک اتاق و کم کردن اندازه‌گیری‌های میدانی، زمان پرواز برای هر محور و در نتیجه سرعت باد را به دست می‌آوریم.
این یک نمایش چشمگیر از راه‌حل‌های مهندسی است که با یک گزارش طراحی فوق‌العاده دقیق همراه شده است.
زمان ارسال: ۱۹ آوریل ۲۰۲۴