Estações meteorológicas são um projeto popular para experimentar diversos sensores ambientais, e um anemômetro de copo simples e uma biruta são geralmente escolhidos para determinar a velocidade e a direção do vento. Para a QingStation de Jianjia Ma, ele decidiu construir um tipo diferente de sensor de vento: um anemômetro ultrassônico.
Os anemômetros ultrassônicos não possuem partes móveis, mas a contrapartida é um aumento significativo na complexidade eletrônica. Eles funcionam medindo o tempo que um pulso sonoro ultrassônico leva para refletir até um receptor a uma distância conhecida. A direção do vento pode ser calculada obtendo-se leituras de velocidade de dois pares de sensores ultrassônicos perpendiculares entre si e utilizando trigonometria simples. O funcionamento adequado de um anemômetro ultrassônico requer um projeto cuidadoso do amplificador analógico na extremidade receptora e um extenso processamento de sinal para extrair o sinal correto dos ecos secundários, da propagação por múltiplos caminhos e de todo o ruído causado pelo ambiente. O projeto e os procedimentos experimentais estão bem documentados. Como [Jianjia] não pôde usar o túnel de vento para testes e calibração, ele instalou temporariamente o anemômetro no teto de seu carro e saiu. O valor resultante é proporcional à velocidade do carro registrada pelo GPS, mas ligeiramente maior. Isso pode ser devido a erros de cálculo ou fatores externos, como vento ou perturbações no fluxo de ar causadas pelo veículo de teste ou por outros veículos na estrada.
Outros sensores incluem sensores ópticos de chuva, sensores de luz e um BME280 para medir pressão atmosférica, umidade e temperatura. Jianjia planeja usar a QingStation em um barco autônomo, então ele também adicionou uma IMU, bússola, GPS e microfone para som ambiente.
Graças aos avanços em sensores, eletrônica e tecnologia de prototipagem, construir uma estação meteorológica pessoal nunca foi tão fácil. A disponibilidade de módulos de rede de baixo custo permite garantir que esses dispositivos IoT possam transmitir suas informações para bancos de dados públicos, fornecendo às comunidades locais dados meteorológicos relevantes em seus arredores.
Manolis Nikiforakis está tentando construir uma Pirâmide Meteorológica, um dispositivo de medição meteorológica totalmente eletrônico, livre de manutenção, autônomo em termos de energia e comunicação, projetado para implantação em larga escala. Normalmente, as estações meteorológicas são equipadas com sensores que medem temperatura, pressão, umidade, velocidade do vento e precipitação. Embora a maioria desses parâmetros possa ser medida usando sensores eletrônicos, determinar a velocidade e a direção do vento, bem como a precipitação, geralmente requer algum tipo de dispositivo eletromecânico.
O projeto desses sensores é complexo e desafiador. Ao planejar grandes implantações, também é preciso garantir que sejam economicamente viáveis, fáceis de instalar e não exijam manutenção frequente. Eliminar todos esses problemas poderia levar à construção de estações meteorológicas mais confiáveis e menos dispendiosas, que poderiam então ser instaladas em grande número em áreas remotas.
Manolis tem algumas ideias sobre como resolver esses problemas. Ele planeja capturar a velocidade e a direção do vento a partir do acelerômetro, giroscópio e bússola em uma unidade de sensor inercial (IMU) (provavelmente uma MPU-9150). O plano é rastrear o movimento do sensor IMU enquanto ele oscila livremente em um cabo, como um pêndulo. Ele já fez alguns cálculos rápidos e parece confiante de que eles fornecerão os resultados necessários para testar o protótipo. A detecção de chuva será feita usando sensores capacitivos com um sensor dedicado, como o MPR121, ou a função de toque integrada do ESP32. O design e a localização das trilhas dos eletrodos são muito importantes para a medição correta da precipitação pela detecção das gotas de chuva. O tamanho, a forma e a distribuição de peso da caixa onde o sensor está montado também são críticos, pois afetam o alcance, a resolução e a precisão do instrumento. Manolis está trabalhando em várias ideias de design que ele planeja testar antes de decidir se toda a estação meteorológica ficará dentro da caixa giratória ou apenas os sensores.
Devido ao seu interesse em meteorologia, [Karl] construiu uma estação meteorológica. A mais recente delas é o sensor de vento ultrassônico, que usa o tempo de propagação de pulsos ultrassônicos para determinar a velocidade do vento.
O sensor de Carla utiliza quatro transdutores ultrassônicos, orientados para norte, sul, leste e oeste, para detectar a velocidade do vento. Medindo o tempo que um pulso ultrassônico leva para viajar entre os sensores em uma sala e subtraindo as medições de campo, obtemos o tempo de percurso em cada eixo e, portanto, a velocidade do vento.
Esta é uma demonstração impressionante de soluções de engenharia, acompanhada por um relatório de projeto incrivelmente detalhado.
Data da publicação: 19/04/2024