Weerstations zijn een populair project om te experimenteren met verschillende omgevingssensoren. Een eenvoudige komanemometer en windvaan worden meestal gebruikt om de windsnelheid en -richting te bepalen. Voor Jianjia Ma's QingStation besloot hij een ander type windsensor te bouwen: een ultrasone anemometer.
Ultrasone anemometers hebben geen bewegende onderdelen, maar het nadeel is een aanzienlijke toename in elektronische complexiteit. Ze werken door de tijd te meten die een ultrasone geluidspuls nodig heeft om terug te kaatsen naar een ontvanger op een bekende afstand. De windrichting kan worden berekend door snelheidsmetingen uit te voeren met twee paar loodrecht op elkaar staande ultrasone sensoren en door eenvoudige trigonometrie te gebruiken. Een goede werking van een ultrasone anemometer vereist een zorgvuldig ontwerp van de analoge versterker aan de ontvangende kant en uitgebreide signaalverwerking om het juiste signaal te extraheren uit secundaire echo's, multipadvoortplanting en alle ruis veroorzaakt door de omgeving. Het ontwerp en de experimentele procedures zijn goed gedocumenteerd. Omdat [Jianjia] de windtunnel niet kon gebruiken voor testen en kalibratie, installeerde hij de anemometer tijdelijk op het dak van zijn auto en vertrok. De resulterende waarde is evenredig met de gps-snelheid van de auto, maar iets hoger. Dit kan te wijten zijn aan rekenfouten of externe factoren zoals wind- of luchtstroomverstoringen door het testvoertuig of ander wegverkeer.
Andere sensoren zijn onder andere optische regensensoren, lichtsensoren en een BME280 voor het meten van luchtdruk, vochtigheid en temperatuur. Jianjia is van plan het QingStation op een autonome boot te gebruiken, dus voegde hij ook een IMU, kompas, gps en microfoon voor omgevingsgeluid toe.
Dankzij de vooruitgang in sensoren, elektronica en prototypingtechnologie is het bouwen van een persoonlijk weerstation eenvoudiger dan ooit. De beschikbaarheid van goedkope netwerkmodules stelt ons in staat ervoor te zorgen dat deze IoT-apparaten hun informatie kunnen doorgeven aan openbare databases, waardoor lokale gemeenschappen relevante weergegevens in hun omgeving krijgen.
Manolis Nikiforakis probeert een weerpiramide te bouwen, een volledig solid-state, onderhoudsvrij, energie- en communicatie-autonoom weermeetapparaat, ontworpen voor grootschalige inzet. Weerstations zijn doorgaans uitgerust met sensoren die temperatuur, luchtdruk, vochtigheid, windsnelheid en neerslag meten. Hoewel de meeste van deze parameters kunnen worden gemeten met solid-state sensoren, is voor het bepalen van windsnelheid, -richting en neerslag doorgaans een elektromechanisch apparaat nodig.
Het ontwerp van dergelijke sensoren is complex en uitdagend. Bij het plannen van grootschalige implementaties moet u er ook voor zorgen dat ze kosteneffectief, eenvoudig te installeren en onderhoudsarm zijn. Het elimineren van al deze problemen zou kunnen leiden tot de bouw van betrouwbaardere en goedkopere weerstations, die vervolgens in grote aantallen in afgelegen gebieden kunnen worden geïnstalleerd.
Manolis heeft een aantal ideeën om deze problemen op te lossen. Hij is van plan om de windsnelheid en -richting van de accelerometer, gyroscoop en kompas te registreren in een traagheidssensor (IMU) (waarschijnlijk een MPU-9150). Het plan is om de beweging van de IMU-sensor te volgen terwijl deze vrij aan een kabel slingert, zoals een slinger. Hij heeft wat berekeningen op een servetje gedaan en lijkt ervan overtuigd dat deze de resultaten zullen opleveren die hij nodig heeft bij het testen van het prototype. De neerslagmeting zal worden gedaan met behulp van capacitieve sensoren, zoals de MPR121 of de ingebouwde aanraakfunctie van de ESP32. Het ontwerp en de locatie van de elektrodesporen zijn zeer belangrijk voor een correcte neerslagmeting door regendruppels te detecteren. De grootte, vorm en gewichtsverdeling van de behuizing waarin de sensor is gemonteerd, zijn ook cruciaal, omdat ze van invloed zijn op het bereik, de resolutie en de nauwkeurigheid van het instrument. Manolis werkt aan verschillende ontwerpideeën die hij wil uitproberen voordat hij besluit of het hele weerstation in de roterende behuizing wordt geplaatst of alleen de sensoren erin.
Vanwege zijn interesse in meteorologie bouwde [Karl] een weerstation. De nieuwste hiervan is de ultrasone windsensor, die de vluchttijd van ultrasone pulsen gebruikt om de windsnelheid te bepalen.
Carla's sensor gebruikt vier ultrasone transducers, gericht op het noorden, zuiden, oosten en westen, om de windsnelheid te meten. Door de tijd te meten die een ultrasone puls nodig heeft om zich tussen de sensoren in een kamer te verplaatsen en de veldmetingen hiervan af te trekken, verkrijgen we de vluchttijd voor elke as en daarmee de windsnelheid.
Dit is een indrukwekkende demonstratie van technische oplossingen, vergezeld van een verbluffend gedetailleerd ontwerprapport.
Plaatsingstijd: 19-04-2024