Meteorologinės stotys yra populiarus projektas eksperimentuoti su įvairiais aplinkos jutikliais, o vėjo greičiui ir krypčiai nustatyti dažniausiai pasirenkamas paprastas puodelio formos anemometras ir vėtrungė. Jianjia Ma „QingStation“ stotelei jis nusprendė sukonstruoti kitokio tipo vėjo jutiklį: ultragarsinį anemometrą.
Ultragarsiniai anemometrai neturi judančių dalių, tačiau jų trūkumas yra žymiai padidėjęs elektroninis sudėtingumas. Jie veikia matuodami laiką, per kurį ultragarsinis garso impulsas atsispindi iki imtuvo žinomu atstumu. Vėjo kryptį galima apskaičiuoti imant greičio rodmenis iš dviejų ultragarsinių jutiklių porų, statmenų vienas kitam, ir naudojant paprastą trigonometriją. Tinkamam ultragarsinio anemometro veikimui reikia kruopščiai suprojektuoti analoginį stiprintuvą priimančiame gale ir atlikti išsamų signalo apdorojimą, kad būtų galima išgauti teisingą signalą iš antrinių aidų, daugiakanalio sklidimo ir visų aplinkos keliamų triukšmų. Projektavimo ir eksperimentinės procedūros yra gerai dokumentuotos. Kadangi [Jianjia] negalėjo naudoti vėjo tunelio bandymams ir kalibravimui, jis laikinai sumontavo anemometrą ant savo automobilio stogo ir išvažiavo. Gauta vertė yra proporcinga automobilio GPS greičiui, bet šiek tiek didesnė. Tai gali būti dėl skaičiavimo klaidų arba išorinių veiksnių, tokių kaip vėjas ar oro srauto trikdžiai iš bandomosios transporto priemonės ar kito kelių eismo.
Kiti jutikliai yra optiniai lietaus jutikliai, šviesos jutikliai, šviesos jutikliai ir BME280, skirtas oro slėgiui, drėgmei ir temperatūrai matuoti. Jianjia planuoja naudoti „QingStation“ autonominiame laive, todėl jis taip pat pridėjo IMU, kompasą, GPS ir mikrofoną aplinkos garsams fiksuoti.
Dėl jutiklių, elektronikos ir prototipų kūrimo technologijų pažangos asmeninės meteorologinės stoties statyba tapo lengvesnė nei bet kada anksčiau. Pigūs tinklo moduliai leidžia užtikrinti, kad šie daiktų interneto įrenginiai galėtų perduoti savo informaciją viešosioms duomenų bazėms, teikdami vietos bendruomenėms aktualius orų duomenis jų aplinkoje.
Manolis Nikiforakis bando sukurti „Orų piramidę“ – visiškai kietakūnį, nereikalaujantį priežiūros, energijos ir ryšių požiūriu autonominį orų matavimo prietaisą, skirtą didelio masto diegimui. Paprastai meteorologinės stotys turi jutiklius, kurie matuoja temperatūrą, slėgį, drėgmę, vėjo greitį ir kritulius. Nors daugumą šių parametrų galima išmatuoti naudojant kietakūnius jutiklius, vėjo greičiui, krypčiai ir krituliams nustatyti paprastai reikia tam tikros formos elektromechaninio įrenginio.
Tokių jutiklių projektavimas yra sudėtingas ir iššūkių kupinas. Planuojant didelius diegimus, taip pat reikia užtikrinti, kad jie būtų ekonomiški, lengvai montuojami ir nereikalautų dažnos priežiūros. Pašalinus visas šias problemas, būtų galima pastatyti patikimesnes ir pigesnes meteorologines stotis, kurias vėliau būtų galima dideliais kiekiais įrengti atokiose vietovėse.
Manolis turi keletą idėjų, kaip išspręsti šias problemas. Jis planuoja užfiksuoti vėjo greitį ir kryptį iš akselerometro, giroskopo ir kompaso inerciniame jutiklio bloke (IMU) (tikriausiai MPU-9150). Planuojama sekti IMU jutiklio judėjimą, kai jis laisvai supasi ant troso, kaip švytuoklė. Jis atliko keletą skaičiavimų ant servetėlės ir atrodo įsitikinęs, kad jie duos rezultatus, kurių jam reikia bandant prototipą. Kritulių matavimas bus atliekamas naudojant talpinius jutiklius, naudojant specialų jutiklį, pvz., MPR121 arba integruotą jutiklinę funkciją ESP32. Elektrodų takelių konstrukcija ir vieta yra labai svarbūs norint teisingai išmatuoti kritulius aptinkant lietaus lašus. Korpuso, kuriame sumontuotas jutiklis, dydis, forma ir svorio pasiskirstymas taip pat yra labai svarbūs, nes jie turi įtakos prietaiso veikimo nuotoliui, skiriamajai gebai ir tikslumui. Manolis dirba su keliomis dizaino idėjomis, kurias planuoja išbandyti prieš nuspręsdamas, ar visa meteorologinė stotis bus besisukančio korpuso viduje, ar tik jutikliai viduje.
Dėl susidomėjimo meteorologija, [Karlas] pastatė meteorologinę stotį. Naujausias iš jų yra ultragarsinis vėjo jutiklis, kuris vėjo greičiui nustatyti naudoja ultragarso impulsų skrydžio laiką.
Carlos jutiklis vėjo greičiui matuoti naudoja keturis ultragarsinius keitiklius, nukreiptus į šiaurę, pietus, rytus ir vakarus. Išmatuodami laiką, per kurį ultragarsinis impulsas sklinda tarp jutiklių kambaryje, ir atimdami lauko matavimus, gauname kiekvienos ašies skrydžio laiką, taigi ir vėjo greitį.
Tai įspūdinga inžinerinių sprendimų demonstracija, prie kurios pridedama stulbinamai detali projekto ataskaita.
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 19 d.