Anemómetro ultrasónico

Las estaciones meteorológicas son un proyecto popular para experimentar con varios sensores ambientales, y generalmente se eligen un anemómetro de copa simple y una veleta para determinar la velocidad y dirección del viento.Para la QingStation de Jianjia Ma, decidió construir un tipo diferente de sensor de viento: un anemómetro ultrasónico.
Los anemómetros ultrasónicos no tienen partes móviles, pero la contrapartida es un aumento significativo en la complejidad electrónica.Funcionan midiendo el tiempo que tarda un pulso de sonido ultrasónico en reflejarse en un receptor a una distancia conocida.La dirección del viento se puede calcular tomando lecturas de velocidad de dos pares de sensores ultrasónicos perpendiculares entre sí y utilizando trigonometría simple.El funcionamiento adecuado de un anemómetro ultrasónico requiere un diseño cuidadoso del amplificador analógico en el extremo receptor y un procesamiento exhaustivo de la señal para extraer la señal correcta de los ecos secundarios, la propagación por trayectos múltiples y todo el ruido causado por el entorno.El diseño y los procedimientos experimentales están bien documentados.Como [Jianjia] no pudo utilizar el túnel de viento para realizar pruebas y calibraciones, instaló temporalmente el anemómetro en el techo de su automóvil y se fue.El valor resultante es proporcional a la velocidad del GPS del coche, pero ligeramente superior.Esto puede deberse a errores de cálculo o factores externos como el viento o perturbaciones en el flujo de aire del vehículo de prueba u otro tráfico rodado.
Otros sensores incluyen sensores ópticos de lluvia, sensores de luz, sensores de luz y BME280 para medir la presión del aire, la humedad y la temperatura.Jianjia planea usar QingStation en un barco autónomo, por lo que también agregó una IMU, una brújula, un GPS y un micrófono para el sonido ambiental.
Gracias a los avances en sensores, electrónica y tecnología de creación de prototipos, construir una estación meteorológica personal es más fácil que nunca.La disponibilidad de módulos de red de bajo costo nos permite asegurar que estos dispositivos IoT puedan transmitir su información a bases de datos públicas, proporcionando a las comunidades locales datos meteorológicos relevantes en su entorno.
Manolis Nikiforakis está intentando construir una pirámide meteorológica, un dispositivo de medición del tiempo totalmente sólido, sin mantenimiento, autónomo en energía y comunicaciones, diseñado para un despliegue a gran escala.Normalmente, las estaciones meteorológicas están equipadas con sensores que miden la temperatura, la presión, la humedad, la velocidad del viento y las precipitaciones.Si bien la mayoría de estos parámetros se pueden medir utilizando sensores de estado sólido, determinar la velocidad, dirección y precipitación del viento generalmente requiere algún tipo de dispositivo electromecánico.
El diseño de tales sensores es complejo y desafiante.Al planificar implementaciones de gran tamaño, también debe asegurarse de que sean rentables, fáciles de instalar y no requieran mantenimiento frecuente.La eliminación de todos estos problemas podría conducir a la construcción de estaciones meteorológicas más fiables y menos costosas, que luego podrían instalarse en grandes cantidades en zonas remotas.
Manolis tiene algunas ideas sobre cómo resolver estos problemas.Planea capturar la velocidad y dirección del viento desde el acelerómetro, el giroscopio y la brújula en una unidad de sensor inercial (IMU) (probablemente un MPU-9150).El plan es rastrear el movimiento del sensor IMU mientras oscila libremente sobre un cable, como un péndulo.Ha hecho algunos cálculos en una servilleta y parece seguro de que darán los resultados que necesita a la hora de probar el prototipo.La detección de precipitaciones se realizará mediante sensores capacitivos utilizando un sensor dedicado como el MPR121 o la función táctil incorporada en el ESP32.El diseño y ubicación de las pistas de electrodos son muy importantes para una correcta medición de la precipitación mediante la detección de gotas de lluvia.El tamaño, la forma y la distribución del peso de la carcasa en la que se monta el sensor también son críticos ya que afectan el alcance, la resolución y la precisión del instrumento.Manolis está trabajando en varias ideas de diseño que planea probar antes de decidir si toda la estación meteorológica estará dentro de la carcasa giratoria o solo los sensores en el interior.
Debido a su interés por la meteorología, [Karl] construyó una estación meteorológica. La más nueva de ellas es el sensor de viento ultrasónico, que utiliza el tiempo de vuelo de los pulsos ultrasónicos para determinar la velocidad del viento.
El sensor de Carla utiliza cuatro transductores ultrasónicos, orientados al norte, sur, este y oeste, para detectar la velocidad del viento.Midiendo el tiempo que tarda un pulso ultrasónico en viajar entre los sensores de una habitación y restando las medidas de campo, obtenemos el tiempo de vuelo de cada eje y por tanto la velocidad del viento.
Se trata de una demostración impresionante de soluciones de ingeniería, acompañada de un informe de diseño increíblemente detallado.