Anemometru ultrasoniku

L-istazzjonijiet tat-temp huma proġett popolari għall-esperimentazzjoni b'diversi sensuri ambjentali, u anemometru sempliċi f'forma ta' tazza u paletta tat-temp ġeneralment jintgħażlu biex jiddeterminaw il-veloċità u d-direzzjoni tar-riħ. Għall-QingStation ta' Jianjia Ma, huwa ddeċieda li jibni tip differenti ta' sensur tar-riħ: anemometru ultrasoniku.
L-anemometri ultrasoniċi m'għandhom l-ebda partijiet li jiċċaqalqu, iżda l-kompromess huwa żieda sinifikanti fil-kumplessità elettronika. Jaħdmu billi jkejlu l-ħin li jieħu biex impuls tal-ħoss ultrasoniku jirrifletti lejn riċevitur f'distanza magħrufa. Id-direzzjoni tar-riħ tista' tiġi kkalkulata billi jittieħdu qari tal-veloċità minn żewġ pari ta' sensuri ultrasoniċi perpendikolari għal xulxin u bl-użu ta' trigonometrija sempliċi. It-tħaddim xieraq ta' anemometru ultrasoniku jeħtieġ disinn bir-reqqa tal-amplifikatur analogu fit-tarf li jirċievi u pproċessar estensiv tas-sinjali biex jiġi estratt is-sinjal korrett minn ekujiet sekondarji, propagazzjoni b'ħafna mogħdijiet, u l-istorbju kollu kkawżat mill-ambjent. Id-disinn u l-proċeduri sperimentali huma dokumentati sew. Peress li [Jianjia] ma setax juża l-mina tar-riħ għall-ittestjar u l-kalibrazzjoni, huwa installa temporanjament l-anemometru fuq is-saqaf tal-karozza tiegħu u telaq. Il-valur li jirriżulta huwa proporzjonali għall-veloċità tal-GPS tal-karozza, iżda kemxejn ogħla. Dan jista' jkun minħabba żbalji fil-kalkolu jew fatturi esterni bħar-riħ jew disturbi fil-fluss tal-arja mill-vettura tat-test jew traffiku ieħor tat-triq.
Sensuri oħra jinkludu sensuri ottiċi tax-xita, sensuri tad-dawl, sensuri tad-dawl u BME280 għall-kejl tal-pressjoni tal-arja, l-umdità u t-temperatura. Jianjia qed jippjana li juża l-QingStation fuq dgħajsa awtonoma, għalhekk żied ukoll IMU, boxxla, GPS, u mikrofonu għall-ħoss ambjentali.
Bis-saħħa tal-avvanzi fis-sensuri, l-elettronika, u t-teknoloġija tal-prototipi, il-bini ta’ stazzjon tat-temp personali huwa aktar faċli minn qatt qabel. Id-disponibbiltà ta’ moduli tan-netwerk bi prezz baxx tippermettilna niżguraw li dawn l-apparati tal-IoT jistgħu jittrażmettu l-informazzjoni tagħhom lil databases pubbliċi, u b’hekk jipprovdu lill-komunitajiet lokali b’dejta tat-temp rilevanti fl-inħawi tagħhom.
Manolis Nikiforakis qed jipprova jibni Piramida tat-Temp, apparat tal-kejl tat-temp kompletament ta' stat solidu, mingħajr manutenzjoni, awtonomu fl-enerġija u l-komunikazzjonijiet, iddisinjat għal skjerament fuq skala kbira. Tipikament, l-istazzjonijiet tat-temp huma mgħammra b'sensuri li jkejlu t-temperatura, il-pressjoni, l-umdità, il-veloċità tar-riħ u l-preċipitazzjoni. Filwaqt li ħafna minn dawn il-parametri jistgħu jitkejlu bl-użu ta' sensuri ta' stat solidu, id-determinazzjoni tal-veloċità, id-direzzjoni u l-preċipitazzjoni tar-riħ tipikament teħtieġ xi forma ta' apparat elettromekkaniku.
Id-disinn ta’ sensuri bħal dawn huwa kumpless u ta’ sfida. Meta tippjana skjeramenti kbar, trid tiżgura wkoll li jkunu kosteffettivi, faċli biex jiġu installati, u ma jeħtiġux manutenzjoni frekwenti. L-eliminazzjoni ta’ dawn il-problemi kollha tista’ twassal għall-kostruzzjoni ta’ stazzjonijiet tat-temp aktar affidabbli u inqas għaljin, li mbagħad jistgħu jiġu installati f’numri kbar f’żoni remoti.
Manolis għandu xi ideat dwar kif isolvi dawn il-problemi. Huwa jippjana li jaqbad il-veloċità u d-direzzjoni tar-riħ mill-aċċellerometru, il-ġiroskopju u l-kumpass f'unità tas-sensur inerzjali (IMU) (probabbilment MPU-9150). Il-pjan hu li jiġi segwit il-moviment tas-sensur tal-IMU hekk kif jitbandal liberament fuq kejbil, bħal pendlu. Huwa għamel xi kalkoli fuq srievet u jidher kunfidenti li se jagħtu r-riżultati li jeħtieġ meta jittestja l-prototip. Is-sensing tax-xita se jsir bl-użu ta' sensuri kapaċittivi bl-użu ta' sensur dedikat bħall-MPR121 jew il-funzjoni touch integrata fl-ESP32. Id-disinn u l-post tal-binarji tal-elettrodi huma importanti ħafna għall-kejl korrett tal-preċipitazzjoni billi jinstabu qtar tax-xita. Id-daqs, il-forma u d-distribuzzjoni tal-piż tal-housing li fih ikun immuntat is-sensur huma wkoll kritiċi peress li jaffettwaw il-firxa, ir-riżoluzzjoni u l-eżattezza tal-istrument. Manolis qed jaħdem fuq diversi ideat ta' disinn li jippjana li jipprova qabel ma jiddeċiedi jekk l-istazzjon tat-temp kollu hux se jkun ġewwa l-housing li jdur jew biss is-sensuri ġewwa.
Minħabba l-interess tiegħu fil-meteoroloġija, [Karl] bena stazzjon tat-temp. L-aktar wieħed ġdid minn dawn huwa s-senser ultrasoniku tar-riħ, li juża l-ħin tat-titjira tal-impulsi ultrasoniċi biex jiddetermina l-veloċità tar-riħ.
Is-sensorju ta' Carla juża erba' transducers ultrasoniċi, orjentati lejn it-tramuntana, in-nofsinhar, il-lvant u l-punent, biex jidentifika l-veloċità tar-riħ. Billi nkejlu l-ħin li jieħu impuls ultrasoniku biex jivvjaġġa bejn is-sensuri f'kamra u nnaqqsu l-kejl tal-kamp, niksbu l-ħin tat-titjira għal kull assi u għalhekk il-veloċità tar-riħ.
Din hija dimostrazzjoni impressjonanti ta' soluzzjonijiet ta' inġinerija, akkumpanjata minn rapport tad-disinn dettaljat b'mod impressjonanti.