Anemometru à ultrasoni

E stazioni meteorologiche sò un prughjettu pupulare per sperimentà cù diversi sensori ambientali, è un anemometru à tazza simplice è una banderuola sò generalmente scelti per determinà a velocità è a direzzione di u ventu. Per a QingStation di Jianjia Ma, hà decisu di custruisce un tipu diversu di sensore di ventu: un anemometru à ultrasoni.
L'anemometri à ultrasoni ùn anu micca parti mobili, ma u compromessu hè un aumentu significativu di a cumplessità elettronica. Funzionanu misurendu u tempu chì ci vole à un impulsu sonoru ultrasonicu per riflette si à un ricevitore à una distanza cunnisciuta. A direzzione di u ventu pò esse calculata pigliendu letture di velocità da duie coppie di sensori à ultrasoni perpendiculari l'unu à l'altru è aduprendu una trigonometria simplice. U funziunamentu currettu di un anemometru à ultrasoni richiede una cuncepzione attenta di l'amplificatore analogicu à l'estremità ricevente è un'elaborazione di u signale estensiva per estrarre u signale currettu da echi secundarii, propagazione multipath è tuttu u rumore causatu da l'ambiente. A cuncepzione è e procedure sperimentali sò ben documentate. Siccomu [Jianjia] ùn era micca capace di utilizà a galleria di u ventu per i testi è a calibrazione, hà installatu temporaneamente l'anemometru nantu à u tettu di a so vittura è hè partutu. U valore risultante hè proporzionale à a velocità GPS di a vittura, ma ligeramente più altu. Questu pò esse duvutu à errori di calculu o fattori esterni cum'è u ventu o i disturbi di u flussu d'aria da u veiculu di prova o altru trafficu stradale.
Altri sensori includenu sensori ottici di pioggia, sensori di luce, sensori di luce è BME280 per misurà a pressione di l'aria, l'umidità è a temperatura. Jianjia prevede di utilizà a QingStation nantu à una barca autonoma, dunque hà ancu aghjustatu un IMU, una bussola, un GPS è un microfonu per u sonu ambientale.
Grazie à i progressi in i sensori, l'elettronica è a tecnulugia di prototipazione, custruisce una stazione meteorologica persunale hè più faciule chè mai. A dispunibilità di moduli di rete à pocu costu ci permette di assicurà chì questi dispositivi IoT possinu trasmette e so informazioni à e basi di dati publiche, furnendu à e cumunità lucali dati meteorologichi pertinenti in u so circondu.
Manolis Nikiforakis prova à custruisce una Piramide Meteorologica, un dispositivu di misurazione meteorologica à statu solidu, senza manutenzione, autonomu in termini di energia è cumunicazione, cuncipitu per un implementazione à grande scala. Tipicamente, e stazioni meteorologiche sò dotate di sensori chì misuranu a temperatura, a pressione, l'umidità, a velocità di u ventu è e precipitazioni. Mentre a maiò parte di sti parametri ponu esse misurati cù sensori à statu solidu, a determinazione di a velocità, a direzzione è e precipitazioni di u ventu richiede tipicamente qualchì forma di dispositivu elettromeccanicu.
A cuncepzione di tali sensori hè cumplessa è difficiule. Quandu si pianificanu grandi implementazioni, ci vole ancu à assicurà ch'elli sianu rentabili, faciuli da installà è ùn necessitinu micca una manutenzione frequente. Eliminà tutti questi prublemi puderia purtà à a custruzione di stazioni meteorologiche più affidabili è menu costose, chì puderianu tandu esse installate in gran numeru in zone remote.
Manolis hà qualchì idea nantu à cumu risolve sti prublemi. Hà previstu di catturà a velocità è a direzzione di u ventu da l'accelerometru, u giroscopiu è a bussula in un'unità di sensori inerziali (IMU) (probabilmente un MPU-9150). U pianu hè di seguità u muvimentu di u sensore IMU mentre oscilla liberamente nantu à un cavu, cum'è un pendolu. Hà fattu qualchì calculu nantu à una salvietta è pare fiduciosu chì daranu i risultati chì hà bisognu quandu prova u prototipu. A rilevazione di a pioggia serà fatta aduprendu sensori capacitivi utilizendu un sensore dedicatu cum'è l'MPR121 o a funzione tattile integrata in l'ESP32. U disignu è a pusizione di e piste di l'elettrodi sò assai impurtanti per una misurazione curretta di e precipitazioni rilevendu e gocce di pioggia. A dimensione, a forma è a distribuzione di u pesu di l'alloghju in u quale hè muntatu u sensore sò ancu critiche perchè influenzanu a portata, a risoluzione è a precisione di u strumentu. Manolis travaglia nantu à parechje idee di disignu chì hà previstu di pruvà prima di decide se tutta a stazione meteorologica serà dentru l'alloghju rotante o solu i sensori dentru.
Per via di u so interessu per a meteorologia, [Karl] hà custruitu una stazione meteorologica. A più recente di queste hè u sensore di ventu à ultrasoni, chì usa u tempu di volu di l'impulsi ultrasonici per determinà a velocità di u ventu.
U sensore di Carla usa quattru trasduttori à ultrasoni, orientati à u nordu, u sudu, l'est è l'ovest, per rilevà a velocità di u ventu. Misuràndu u tempu chì ci vole à un impulsu à ultrasoni per viaghjà trà i sensori in una stanza è sottraendu e misurazioni di u campu, ottenemu u tempu di volu per ogni asse è dunque a velocità di u ventu.
Questa hè una dimostrazione impressiunante di suluzioni ingegneristiche, accumpagnata da un rapportu di cuncepimentu incredibilmente dettagliatu.