Estações meteorológicas são um projeto popular para experimentos com diversos sensores ambientais, e um simples anemômetro de copo e um cata-vento 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.
Anemômetros ultrassônicos não possuem partes móveis, mas a desvantagem é um aumento significativo na complexidade eletrônica. Eles funcionam medindo o tempo que um pulso sonoro ultrassônico leva para refletir em um receptor a uma distância conhecida. A direção do vento pode ser calculada tomando-se 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 processamento de sinal extensivo para extrair o sinal correto de ecos secundários, propagação multipercurso e 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 foi embora. O valor resultante é proporcional à velocidade do GPS do carro, mas ligeiramente superior. Isso pode ser devido a erros de cálculo ou fatores externos, como distúrbios do vento ou do fluxo de ar do veículo de teste ou de outro tráfego rodoviário.
Outros sensores incluem sensores ópticos de chuva, sensores de luz, sensores de luminosidade e o 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 está mais fácil do que nunca. A disponibilidade de módulos de rede de baixo custo nos permite garantir que esses dispositivos de 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 em estado sólido, livre de manutenção e 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 de estado sólido, a determinação da velocidade, direção e precipitação do vento normalmente requer algum tipo de dispositivo eletromecânico.
O projeto desses sensores é complexo e desafiador. Ao planejar grandes implantações, você também precisa garantir que eles sejam econômicos, fáceis de instalar e não exijam manutenção frequente. A eliminação de todos esses problemas poderia levar à construção de estações meteorológicas mais confiáveis e menos caras, que poderiam 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 fez alguns cálculos em um guardanapo e parece confiante de que eles fornecerão os resultados necessários ao testar o protótipo. A detecção da precipitação será feita usando sensores capacitivos com 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 por meio da detecção de gotas de chuva. O tamanho, o formato e a distribuição do peso da caixa na qual o sensor está montado também são cruciais, 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.
Devido ao seu interesse em meteorologia, [Karl] construiu uma estação meteorológica. O mais novo deles é o sensor de vento ultrassônico, que usa o tempo de voo dos 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 se deslocar entre os sensores em 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 de um relatório de design incrivelmente detalhado.
Horário da publicação: 19/04/2024