Máy đo gió siêu âm

Trạm thời tiết là một dự án phổ biến để thử nghiệm các cảm biến môi trường khác nhau và máy đo gió dạng cốc đơn giản và cánh gió thời tiết thường được chọn để xác định tốc độ và hướng gió.Đối với QingStation của Jianjia Ma, anh quyết định chế tạo một loại cảm biến gió khác: máy đo gió siêu âm.
Máy đo gió siêu âm không có bộ phận chuyển động, nhưng đổi lại là độ phức tạp điện tử tăng đáng kể.Chúng hoạt động bằng cách đo thời gian cần thiết để xung âm siêu âm phản xạ tới máy thu ở khoảng cách xác định.Hướng gió có thể được tính bằng cách lấy số đọc tốc độ từ hai cặp cảm biến siêu âm vuông góc với nhau và sử dụng phép đo lượng giác đơn giản.Hoạt động thích hợp của máy đo gió siêu âm đòi hỏi phải thiết kế cẩn thận bộ khuếch đại tương tự ở đầu thu và xử lý tín hiệu mở rộng để trích xuất tín hiệu chính xác từ tiếng vang thứ cấp, sự lan truyền đa đường và tất cả tiếng ồn do môi trường gây ra.Các quy trình thiết kế và thử nghiệm được ghi chép đầy đủ.Vì [Jianjia] không thể sử dụng đường hầm gió để thử nghiệm và hiệu chỉnh nên anh ấy đã tạm thời lắp máy đo gió trên nóc ô tô của mình và rời đi.Giá trị thu được tỷ lệ thuận với tốc độ GPS của ô tô, nhưng cao hơn một chút.Điều này có thể là do lỗi tính toán hoặc các yếu tố bên ngoài như nhiễu loạn gió hoặc luồng không khí từ xe thử nghiệm hoặc các phương tiện giao thông đường bộ khác.
Các cảm biến khác bao gồm cảm biến mưa quang học, cảm biến ánh sáng, cảm biến ánh sáng và BME280 để đo áp suất không khí, độ ẩm và nhiệt độ.Jianjia có kế hoạch sử dụng QingStation trên một chiếc thuyền tự hành, vì vậy anh cũng bổ sung thêm IMU, la bàn, GPS và micrô để thu âm thanh xung quanh.
Nhờ những tiến bộ trong cảm biến, thiết bị điện tử và công nghệ tạo mẫu, việc xây dựng một trạm thời tiết cá nhân trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết.Sự sẵn có của các mô-đun mạng chi phí thấp cho phép chúng tôi đảm bảo rằng các thiết bị IoT này có thể truyền thông tin của chúng đến cơ sở dữ liệu công cộng, cung cấp cho cộng đồng địa phương dữ liệu thời tiết liên quan ở khu vực xung quanh họ.
Manolis Nikiforakis đang cố gắng xây dựng Kim tự tháp thời tiết, một thiết bị đo thời tiết hoàn toàn ở trạng thái rắn, không cần bảo trì, sử dụng năng lượng và truyền thông tự động được thiết kế để triển khai trên quy mô lớn.Thông thường, các trạm thời tiết được trang bị các cảm biến đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, tốc độ gió và lượng mưa.Mặc dù hầu hết các thông số này có thể được đo bằng cảm biến trạng thái rắn, nhưng việc xác định tốc độ, hướng gió và lượng mưa thường yêu cầu một số dạng thiết bị cơ điện.
Việc thiết kế các cảm biến như vậy rất phức tạp và đầy thách thức.Khi lập kế hoạch triển khai lớn, bạn cũng cần đảm bảo rằng chúng tiết kiệm chi phí, dễ cài đặt và không cần bảo trì thường xuyên.Loại bỏ tất cả những vấn đề này có thể dẫn đến việc xây dựng các trạm thời tiết đáng tin cậy hơn và ít tốn kém hơn, sau đó có thể được lắp đặt với số lượng lớn ở các vùng sâu vùng xa.
Manolis có một số ý tưởng về cách giải quyết những vấn đề này.Anh dự định ghi lại tốc độ và hướng gió từ gia tốc kế, con quay hồi chuyển và la bàn trong một bộ cảm biến quán tính (IMU) (có thể là MPU-9150).Kế hoạch là theo dõi chuyển động của cảm biến IMU khi nó lắc lư tự do trên một sợi cáp, giống như một con lắc.Anh ấy đã thực hiện một số tính toán trên một chiếc khăn ăn và có vẻ tự tin rằng chúng sẽ cho kết quả mà anh ấy cần khi thử nghiệm nguyên mẫu.Cảm biến lượng mưa sẽ được thực hiện bằng cảm biến điện dung sử dụng cảm biến chuyên dụng như MPR121 hoặc chức năng cảm ứng tích hợp trong ESP32.Thiết kế và vị trí của các rãnh điện cực rất quan trọng để đo lượng mưa chính xác bằng cách phát hiện các hạt mưa.Kích thước, hình dạng và sự phân bố trọng lượng của vỏ nơi gắn cảm biến cũng rất quan trọng vì chúng ảnh hưởng đến phạm vi, độ phân giải và độ chính xác của thiết bị.Manolis đang nghiên cứu một số ý tưởng thiết kế mà anh dự định thử trước khi quyết định liệu toàn bộ trạm thời tiết sẽ nằm bên trong vỏ quay hay chỉ các cảm biến bên trong.
Vì quan tâm đến khí tượng học, [Karl] đã xây dựng một trạm thời tiết. Mới nhất trong số này là cảm biến gió siêu âm, sử dụng thời gian bay của xung siêu âm để xác định tốc độ gió.
Cảm biến của Carla sử dụng bốn đầu dò siêu âm định hướng bắc, nam, đông và tây để phát hiện tốc độ gió.Bằng cách đo thời gian cần thiết để xung siêu âm truyền giữa các cảm biến trong phòng và trừ đi số đo hiện trường, chúng ta thu được thời gian bay cho mỗi trục và từ đó tính được tốc độ gió.
Đây là sự trình diễn ấn tượng về các giải pháp kỹ thuật, kèm theo một báo cáo thiết kế cực kỳ chi tiết.