מד רוח אולטרסאונד

תחנות מזג אוויר הן פרויקט פופולרי לניסויים עם חיישני סביבה שונים, ובדרך כלל נבחרים מד רוח כוסי פשוט ושבשבת רוח כדי לקבוע את מהירות וכיוון הרוח. עבור תחנת צ'ינג של ג'יאנג'יה מא, הוא החליט לבנות סוג אחר של חיישן רוח: מד רוח קולי.
למדי רוח אולטרסאונד אין חלקים נעים, אך הפשרה היא עלייה משמעותית במורכבות האלקטרונית. הם פועלים על ידי מדידת הזמן שלוקח לפעימה קולית אולטרסאונד להחזיר למקלט במרחק ידוע. ניתן לחשב את כיוון הרוח על ידי לקיחת קריאות מהירות משני זוגות של חיישנים אולטרסאונדים הניצבים זה לזה ובאמצעות טריגונומטריה פשוטה. הפעלה נכונה של מד רוח אולטרסאונד דורשת תכנון קפדני של המגבר האנלוגי בקצה המקבל ועיבוד אותות נרחב כדי לחלץ את האות הנכון מהדים משניים, התפשטות מרובת נתיבים וכל הרעש הנגרם על ידי הסביבה. התכנון וההליכים הניסוייים מתועדים היטב. מכיוון ש[ג'יאנג'יה] לא היה מסוגל להשתמש במנהרת הרוח לבדיקה וכיול, הוא התקין באופן זמני את מד הרוח על גג מכוניתו ועזב. הערך המתקבל הוא פרופורציונלי למהירות ה-GPS של המכונית, אך מעט גבוה יותר. זה יכול להיות בגלל שגיאות חישוב או גורמים חיצוניים כגון הפרעות רוח או זרימת אוויר מרכב הבדיקה או מתנועת כביש אחרת.
חיישנים נוספים כוללים חיישני גשם אופטיים, חיישני אור, חיישני אור ו-BME280 למדידת לחץ אוויר, לחות וטמפרטורה. ג'יאנג'יה מתכנן להשתמש ב-QingStation בסירה אוטונומית, ולכן הוסיף גם IMU, מצפן, GPS ומיקרופון לקולות סביבה.
הודות להתקדמות בחיישנים, אלקטרוניקה וטכנולוגיית אב טיפוס, בניית תחנת מזג אוויר אישית קלה מאי פעם. הזמינות של מודולי רשת בעלות נמוכה מאפשרת לנו להבטיח שמכשירי IoT אלה יוכלו להעביר את המידע שלהם למאגרי מידע ציבוריים, ולספק לקהילות מקומיות נתוני מזג אוויר רלוונטיים בסביבתן.
מנוליס ניקיפורקיס מנסה לבנות פירמידת מזג אוויר, מכשיר מדידה מבוסס מצב מוצק, ללא תחזוקה, אוטונומי מבחינת אנרגיה ותקשורת, המיועד לפריסה בקנה מידה גדול. בדרך כלל, תחנות מזג אוויר מצוידות בחיישנים המודדים טמפרטורה, לחץ, לחות, מהירות רוח ומשקעים. בעוד שרוב הפרמטרים הללו ניתנים למדידה באמצעות חיישני מצב מוצק, קביעת מהירות הרוח, כיוון הרוח והמשקעים דורשת בדרך כלל צורה כלשהי של מכשיר אלקטרומכני.
תכנון חיישנים כאלה הוא מורכב ומאתגר. בעת תכנון פריסות גדולות, יש גם לוודא שהן חסכוניות, קלות להתקנה ואינן דורשות תחזוקה תכופה. פתרון כל הבעיות הללו יכול להוביל לבניית תחנות מזג אוויר אמינות יותר וזולות יותר, אותן ניתן יהיה להתקין במספרים גדולים באזורים מרוחקים.
למנוליס יש כמה רעיונות כיצד לפתור את הבעיות הללו. הוא מתכנן ללכוד את מהירות הרוח וכיווןה ממדד התאוצה, הג'ירוסקופ והמצפן ביחידת חיישן אינרציאלית (IMU) (כנראה MPU-9150). התוכנית היא לעקוב אחר תנועת חיישן ה-IMU כשהוא מתנדנד בחופשיות על כבל, כמו מטוטלת. הוא ביצע כמה חישובים על מפית ונראה בטוח שהם יתנו את התוצאות הדרושות לו בעת בדיקת האב טיפוס. חישת גשם תתבצע באמצעות חיישנים קיבוליים המשתמשים בחיישן ייעודי כמו ה-MPR121 או פונקציית המגע המובנית ב-ESP32. העיצוב והמיקום של מסלולי האלקטרודות חשובים מאוד למדידת משקעים נכונה על ידי גילוי טיפות גשם. הגודל, הצורה וחלוקת המשקל של המארז שבו החיישן מורכב הם גם קריטיים מכיוון שהם משפיעים על הטווח, הרזולוציה והדיוק של המכשיר. מנוליס עובד על מספר רעיונות עיצוב שהוא מתכנן לנסות לפני שיחליט האם כל תחנת מזג האוויר תהיה בתוך המארז המסתובב או רק החיישנים שבפנים.
בשל התעניינותו במטאורולוגיה, [קארל] בנה תחנת מזג אוויר. החדשה שבהן היא חיישן רוח קולי, המשתמש בזמן הטיסה של פולסים קוליים כדי לקבוע את מהירות הרוח.
החיישן של קרלה משתמש בארבעה מתמרים קוליים, בעלי אוריינטציה צפון, דרום, מזרח ומערב, כדי לזהות את מהירות הרוח. על ידי מדידת הזמן שלוקח לפולס קולי לנוע בין החיישנים בחדר וחיסור מדידות השדה, אנו מקבלים את זמן הטיסה עבור כל ציר ולכן את מהירות הרוח.
זוהי הדגמה מרשימה של פתרונות הנדסיים, בליווי דוח תכנון מפורט להפליא.