Hava durumu istasyonları, çeşitli çevresel sensörlerle deney yapmak için popüler bir projedir ve rüzgar hızı ve yönünü belirlemek için genellikle basit bir kupa anemometresi ve rüzgar gülü tercih edilir. Jianjia Ma'nın QingStation'ı için ise farklı bir rüzgar sensörü türü geliştirmeye karar verdi: ultrasonik bir anemometre.
Ultrasonik anemometrelerin hareketli parçaları yoktur, ancak bunun karşılığında elektronik karmaşıklık önemli ölçüde artar. Çalışma prensipleri, ultrasonik ses darbesinin bilinen bir mesafedeki alıcıya yansıması için geçen süreyi ölçmektir. Rüzgar yönü, birbirine dik iki çift ultrasonik sensörden alınan hız okumaları ve basit trigonometri kullanılarak hesaplanabilir. Bir ultrasonik anemometrenin düzgün çalışması, alıcı uçtaki analog amplifikatörün dikkatli bir şekilde tasarlanmasını ve ikincil yankılardan, çoklu yol yayılımından ve çevreden kaynaklanan tüm gürültüden doğru sinyali çıkarmak için kapsamlı sinyal işlemeyi gerektirir. Tasarım ve deneysel prosedürler iyi belgelenmiştir. [Jianjia] test ve kalibrasyon için rüzgar tünelini kullanamadığı için anemometreyi geçici olarak arabasının tavanına monte etti ve orada bıraktı. Elde edilen değer, arabanın GPS hızına orantılıdır, ancak biraz daha yüksektir. Bu, hesaplama hatalarından veya test aracından veya diğer yol trafiğinden kaynaklanan rüzgar veya hava akışı bozuklukları gibi dış faktörlerden kaynaklanabilir.
Diğer sensörler arasında optik yağmur sensörleri, ışık sensörleri ve hava basıncı, nem ve sıcaklığı ölçmek için BME280 yer alıyor. Jianjia, QingStation'ı otonom bir teknede kullanmayı planladığı için, ortam sesini kaydetmek üzere bir IMU, pusula, GPS ve mikrofon da ekledi.
Sensörler, elektronik ve prototipleme teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, kişisel bir hava istasyonu kurmak her zamankinden daha kolay. Düşük maliyetli ağ modüllerinin bulunabilirliği, bu IoT cihazlarının bilgilerini kamuya açık veri tabanlarına iletebilmesini ve yerel topluluklara çevrelerindeki hava durumuyla ilgili veriler sunmasını sağlıyor.
Manolis Nikiforakis, büyük ölçekli kullanım için tasarlanmış, tamamen katı haldeki, bakım gerektirmeyen, enerji ve iletişim açısından bağımsız bir hava ölçüm cihazı olan bir Hava Piramidi inşa etmeye çalışıyor. Tipik olarak, hava istasyonları sıcaklık, basınç, nem, rüzgar hızı ve yağış ölçen sensörlerle donatılmıştır. Bu parametrelerin çoğu katı hal sensörleri kullanılarak ölçülebilse de, rüzgar hızı, yönü ve yağışın belirlenmesi genellikle bir tür elektromekanik cihaz gerektirir.
Bu tür sensörlerin tasarımı karmaşık ve zorludur. Büyük ölçekli kurulumlar planlanırken, bunların maliyet etkin, kurulumu kolay ve sık bakım gerektirmeyen özelliklere sahip olmaları da sağlanmalıdır. Tüm bu sorunların ortadan kaldırılması, daha güvenilir ve daha ucuz hava istasyonlarının inşasına yol açabilir ve bu istasyonlar daha sonra uzak bölgelere büyük sayılarda kurulabilir.
Manolis'in bu sorunları çözmek için bazı fikirleri var. İvmeölçer, jiroskop ve pusuladan gelen rüzgar hızı ve yönünü bir atalet sensörü ünitesinde (IMU) (muhtemelen bir MPU-9150) yakalamayı planlıyor. Plan, IMU sensörünün bir sarkaç gibi bir kablo üzerinde serbestçe sallanırken hareketini izlemek. Bir peçete üzerinde bazı hesaplamalar yaptı ve prototipi test ederken ihtiyaç duyduğu sonuçları vereceğinden emin görünüyor. Yağış algılama, MPR121 gibi özel bir sensör veya ESP32'deki yerleşik dokunmatik işlev kullanılarak kapasitif sensörler kullanılarak yapılacak. Elektrot izlerinin tasarımı ve konumu, yağ damlalarını algılayarak doğru yağış ölçümü için çok önemlidir. Sensörün monte edildiği muhafazanın boyutu, şekli ve ağırlık dağılımı da cihazın menzilini, çözünürlüğünü ve doğruluğunu etkilediği için kritiktir. Manolis, tüm hava istasyonunun dönen muhafazanın içinde mi yoksa sadece sensörlerin içinde mi olacağına karar vermeden önce denemeyi planladığı birkaç tasarım fikri üzerinde çalışıyor.
[Karl] meteorolojiye olan ilgisi nedeniyle bir hava istasyonu kurdu. Bunların en yenisi, rüzgar hızını belirlemek için ultrasonik darbelerin uçuş süresini kullanan ultrasonik rüzgar sensörüdür.
Carla'nın sensörü, rüzgar hızını tespit etmek için kuzey, güney, doğu ve batı yönlerine yerleştirilmiş dört ultrasonik dönüştürücü kullanıyor. Bir odadaki sensörler arasında ultrasonik bir darbenin kat ettiği süreyi ölçerek ve saha ölçümlerini çıkararak, her eksen için uçuş süresini ve dolayısıyla rüzgar hızını elde ediyoruz.
Bu, mühendislik çözümlerinin etkileyici bir gösterimi olup, son derece ayrıntılı bir tasarım raporuyla desteklenmektedir.
Yayın tarihi: 19 Nisan 2024