Stesen cuaca merupakan projek popular untuk bereksperimen dengan pelbagai sensor persekitaran, dan anemometer cawan ringkas dan bilah cuaca biasanya dipilih untuk menentukan kelajuan dan arah angin. Bagi QingStation Jianjia Ma, beliau memutuskan untuk membina jenis sensor angin yang berbeza: anemometer ultrasonik.
Anemometer ultrasonik tidak mempunyai bahagian yang bergerak, tetapi imbangannya adalah peningkatan ketara dalam kerumitan elektronik. Ia berfungsi dengan mengukur masa yang diperlukan untuk denyutan bunyi ultrasonik untuk dipantulkan kepada penerima pada jarak yang diketahui. Arah angin boleh dikira dengan mengambil bacaan kelajuan daripada dua pasang sensor ultrasonik yang berserenjang antara satu sama lain dan menggunakan trigonometri mudah. Pengendalian anemometer ultrasonik yang betul memerlukan reka bentuk penguat analog yang teliti di hujung penerima dan pemprosesan isyarat yang meluas untuk mengekstrak isyarat yang betul daripada gema sekunder, perambatan berbilang laluan dan semua bunyi bising yang disebabkan oleh persekitaran. Prosedur reka bentuk dan eksperimen didokumenkan dengan baik. Memandangkan [Jianjia] tidak dapat menggunakan terowong angin untuk ujian dan penentukuran, dia memasang anemometer buat sementara waktu di atas bumbung keretanya dan pergi. Nilai yang terhasil adalah berkadar dengan kelajuan GPS kereta, tetapi sedikit lebih tinggi. Ini mungkin disebabkan oleh ralat pengiraan atau faktor luaran seperti gangguan angin atau aliran udara daripada kenderaan ujian atau lalu lintas jalan raya yang lain.
Sensor lain termasuk sensor hujan optik, sensor cahaya, sensor cahaya dan BME280 untuk mengukur tekanan udara, kelembapan dan suhu. Jianjia merancang untuk menggunakan QingStation pada bot autonomi, jadi beliau juga menambah IMU, kompas, GPS dan mikrofon untuk bunyi ambien.
Hasil kemajuan dalam sensor, elektronik dan teknologi prototaip, membina stesen cuaca peribadi menjadi lebih mudah berbanding sebelum ini. Ketersediaan modul rangkaian berkos rendah membolehkan kami memastikan peranti IoT ini dapat menghantar maklumat mereka ke pangkalan data awam, sekali gus menyediakan data cuaca yang berkaitan di persekitaran mereka kepada komuniti tempatan.
Manolis Nikiforakis sedang cuba membina Piramid Cuaca, peranti pengukur cuaca keadaan pepejal, bebas penyelenggaraan, tenaga dan komunikasi autonomi yang direka untuk penggunaan berskala besar. Lazimnya, stesen cuaca dilengkapi dengan sensor yang mengukur suhu, tekanan, kelembapan, kelajuan angin dan hujan. Walaupun kebanyakan parameter ini boleh diukur menggunakan sensor keadaan pepejal, menentukan kelajuan angin, arah dan hujan biasanya memerlukan beberapa bentuk peranti elektromekanikal.
Reka bentuk sensor sedemikian adalah rumit dan mencabar. Apabila merancang penggunaan yang besar, anda juga perlu memastikan ia menjimatkan kos, mudah dipasang dan tidak memerlukan penyelenggaraan yang kerap. Menghapuskan semua masalah ini boleh membawa kepada pembinaan stesen cuaca yang lebih andal dan kurang mahal, yang kemudiannya boleh dipasang dalam jumlah yang besar di kawasan terpencil.
Manolis mempunyai beberapa idea tentang cara menyelesaikan masalah ini. Dia merancang untuk menangkap kelajuan dan arah angin daripada pecutan, giroskop dan kompas dalam unit sensor inersia (IMU) (mungkin MPU-9150). Rancangannya adalah untuk menjejaki pergerakan sensor IMU semasa ia berayun bebas pada kabel, seperti pendulum. Dia telah melakukan beberapa pengiraan pada serbet dan nampaknya yakin bahawa ia akan memberikan hasil yang diperlukannya semasa menguji prototaip tersebut. Pengesanan hujan akan dilakukan menggunakan sensor kapasitif menggunakan sensor khusus seperti MPR121 atau fungsi sentuh terbina dalam dalam ESP32. Reka bentuk dan lokasi trek elektrod adalah sangat penting untuk pengukuran hujan yang betul dengan mengesan titisan hujan. Saiz, bentuk dan taburan berat perumah tempat sensor dipasang juga penting kerana ia mempengaruhi julat, resolusi dan ketepatan instrumen. Manolis sedang mengusahakan beberapa idea reka bentuk yang dia rancang untuk cuba sebelum memutuskan sama ada keseluruhan stesen cuaca akan berada di dalam perumah berputar atau hanya sensor di dalamnya.
Disebabkan minatnya dalam meteorologi, [Karl] membina sebuah stesen cuaca. Yang terbaru ialah sensor angin ultrasonik, yang menggunakan masa penerbangan denyutan ultrasonik untuk menentukan kelajuan angin.
Sensor Carla menggunakan empat transduser ultrasonik, berorientasikan utara, selatan, timur dan barat, untuk mengesan kelajuan angin. Dengan mengukur masa yang diperlukan untuk denyutan ultrasonik bergerak antara sensor di dalam bilik dan menolak ukuran medan, kita memperoleh masa penerbangan untuk setiap paksi dan seterusnya kelajuan angin.
Ini merupakan demonstrasi penyelesaian kejuruteraan yang mengagumkan, disertai dengan laporan reka bentuk yang terperinci dan menakjubkan.
Masa siaran: 19-Apr-2024