Anemômetro Ultrassônico

As estações meteorológicas são um projeto popular para experimentar vários sensores ambientais, e um simples anemômetro de copo e um cata-vento são geralmente escolhidos para determinar a velocidade e 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 compensação é um aumento significativo na complexidade eletrônica.Eles funcionam medindo o tempo que leva para um pulso sonoro ultrassônico refletir em um receptor a uma distância conhecida.A direção do vento pode ser calculada fazendo leituras de velocidade de dois pares de sensores ultrassônicos perpendiculares entre si e usando trigonometria simples.A operação adequada 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 multipercurso 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 GPS do carro, mas um pouco maior.Isto pode dever-se a erros de cálculo ou a factores externos, como perturbações do vento ou do fluxo de ar do veículo de ensaio ou de outro tráfego rodoviário.
Outros sensores incluem sensores ópticos de chuva, sensores de luz, sensores de luz e BME280 para medir pressão do ar, umidade e temperatura.Jianjia planeja usar o 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 é mais fácil do que nunca.A disponibilidade de módulos de rede de baixo custo permite-nos garantir que estes dispositivos IoT podem transmitir as suas informações para bases de dados públicas, fornecendo às comunidades locais dados meteorológicos relevantes no seu entorno.
Manolis Nikiforakis está tentando construir uma Pirâmide Meteorológica, um dispositivo de medição meteorológica totalmente em estado sólido, livre de manutenção e autônomo em termos de energia e comunicações, projetado para implantação em grande 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 de estado sólido, a determinação da velocidade, direção e precipitação do vento normalmente requer algum tipo de dispositivo eletromecânico.
O projeto de tais sensores é complexo e desafiador.Ao planejar implantações grandes, você também precisa garantir que elas sejam econômicas, fáceis de instalar e não exijam manutenção frequente.A eliminação de todos estes problemas poderia levar à construção de estações meteorológicas mais fiáveis ​​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 direção do vento a partir do acelerômetro, giroscópio e bússola em uma unidade de sensor inercial (IMU) (provavelmente um MPU-9150).O plano é rastrear o movimento do sensor IMU conforme ele oscila livremente em um cabo, como um pêndulo.Ele fez alguns cálculos em um guardanapo e parece confiante de que darão os resultados que precisa ao testar o protótipo.A detecção de precipitação será feita usando sensores capacitivos usando um sensor dedicado como o MPR121 ou a função de toque integrada no ESP32.O design e a localização das trilhas dos eletrodos são muito importantes para a medição correta da precipitação através da detecção de gotas de chuva.O tamanho, formato e distribuição de peso do invólucro no qual 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 planeja testar antes de decidir se toda a estação meteorológica ficará dentro da caixa rotativa ou apenas os sensores internos.
Por causa de seu interesse em meteorologia, [Karl] construiu uma estação meteorológica. O mais novo deles é o sensor ultrassônico de vento, que usa o tempo de voo de pulsos ultrassônicos para determinar a velocidade do vento.
O sensor de Carla utiliza quatro transdutores ultrassônicos, orientados norte, sul, leste e oeste, para detectar a velocidade do vento.Medindo o tempo que um pulso ultrassônico leva para viajar entre os sensores de uma sala e subtraindo as medições de campo, obtemos o tempo de voo para 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.