Anémomètre à ultrasons

Les stations météorologiques sont un projet populaire pour expérimenter divers capteurs environnementaux, et un simple anémomètre à coupelle et une girouette sont généralement choisis pour déterminer la vitesse et la direction du vent.Pour la QingStation de Jianjia Ma, il a décidé de construire un autre type de capteur de vent : un anémomètre à ultrasons.
Les anémomètres à ultrasons n'ont pas de pièces mobiles, mais le compromis est une augmentation significative de la complexité électronique.Ils fonctionnent en mesurant le temps nécessaire à une impulsion sonore ultrasonore pour se refléter vers un récepteur situé à une distance connue.La direction du vent peut être calculée en prenant des mesures de vitesse à partir de deux paires de capteurs à ultrasons perpendiculaires l'une à l'autre et en utilisant une simple trigonométrie.Le bon fonctionnement d'un anémomètre à ultrasons nécessite une conception minutieuse de l'amplificateur analogique à l'extrémité de réception et un traitement approfondi du signal pour extraire le signal correct des échos secondaires, de la propagation par trajets multiples et de tout bruit provoqué par l'environnement.La conception et les procédures expérimentales sont bien documentées.Comme [Jianjia] n'était pas en mesure d'utiliser la soufflerie pour les tests et l'étalonnage, il a temporairement installé l'anémomètre sur le toit de sa voiture et est parti.La valeur obtenue est proportionnelle à la vitesse GPS de la voiture, mais légèrement supérieure.Cela peut être dû à des erreurs de calcul ou à des facteurs externes tels que des perturbations du vent ou du flux d'air provenant du véhicule d'essai ou d'un autre trafic routier.
D'autres capteurs comprennent des capteurs de pluie optiques, des capteurs de lumière, des capteurs de lumière et le BME280 pour mesurer la pression atmosphérique, l'humidité et la température.Jianjia prévoit d'utiliser la QingStation sur un bateau autonome, il a donc également ajouté une IMU, une boussole, un GPS et un microphone pour le son ambiant.
Grâce aux progrès des capteurs, de l’électronique et de la technologie de prototypage, construire une station météo personnelle est plus facile que jamais.La disponibilité de modules réseau à faible coût nous permet de garantir que ces appareils IoT peuvent transmettre leurs informations à des bases de données publiques, fournissant ainsi aux communautés locales des données météorologiques pertinentes sur leur environnement.
Manolis Nikiforakis tente de construire une pyramide météorologique, un dispositif de mesure météorologique entièrement solide, sans entretien, autonome en énergie et en communications, conçu pour un déploiement à grande échelle.Généralement, les stations météorologiques sont équipées de capteurs qui mesurent la température, la pression, l'humidité, la vitesse du vent et les précipitations.Bien que la plupart de ces paramètres puissent être mesurés à l’aide de capteurs à semi-conducteurs, la détermination de la vitesse, de la direction et des précipitations du vent nécessite généralement une forme de dispositif électromécanique.
La conception de tels capteurs est complexe et exigeante.Lorsque vous planifiez des déploiements à grande échelle, vous devez également vous assurer qu’ils sont rentables, faciles à installer et ne nécessitent pas de maintenance fréquente.L'élimination de tous ces problèmes pourrait conduire à la construction de stations météorologiques plus fiables et moins coûteuses, qui pourraient ensuite être installées en grand nombre dans des zones reculées.
Manolis a quelques idées sur la façon de résoudre ces problèmes.Il prévoit de capturer la vitesse et la direction du vent à partir de l'accéléromètre, du gyroscope et de la boussole dans une unité de capteur inertiel (IMU) (probablement un MPU-9150).Le plan est de suivre le mouvement du capteur IMU lorsqu'il oscille librement sur un câble, comme un pendule.Il a fait quelques calculs sur une serviette et semble confiant qu'ils donneront les résultats dont il a besoin lors des tests du prototype.La détection des précipitations se fera à l'aide de capteurs capacitifs utilisant un capteur dédié tel que le MPR121 ou la fonction tactile intégrée à l'ESP32.La conception et l’emplacement des pistes d’électrodes sont très importants pour une mesure correcte des précipitations en détectant les gouttes de pluie.La taille, la forme et la répartition du poids du boîtier dans lequel le capteur est monté sont également critiques car elles affectent la portée, la résolution et la précision de l'instrument.Manolis travaille sur plusieurs idées de conception qu'il prévoit d'essayer avant de décider si la station météorologique entière sera à l'intérieur du boîtier rotatif ou uniquement les capteurs à l'intérieur.
En raison de son intérêt pour la météorologie, [Karl] a construit une station météorologique. Le plus récent d'entre eux est le capteur de vent à ultrasons, qui utilise le temps de vol des impulsions ultrasoniques pour déterminer la vitesse du vent.
Le capteur de Carla utilise quatre transducteurs ultrasoniques orientés nord, sud, est et ouest pour détecter la vitesse du vent.En mesurant le temps nécessaire à une impulsion ultrasonore pour parcourir entre les capteurs d'une pièce et en soustrayant les mesures de terrain, on obtient le temps de vol pour chaque axe et donc la vitesse du vent.
Il s'agit d'une démonstration impressionnante de solutions d'ingénierie, accompagnée d'un rapport de conception incroyablement détaillé.