Ómskoðunarmælir

Veðurstöðvar eru vinsælt verkefni til að gera tilraunir með ýmsa umhverfisskynjara og einfaldur bolli af vindmæli og veðurfleygi eru venjulega valdir til að ákvarða vindhraða og -átt. Fyrir QingStation Jianjia Ma ákvað hann að smíða aðra gerð af vindskynjara: ómskoðunarvindmæli.
Ómskoðunarvindmælir hafa enga hreyfanlega hluti, en gallinn er veruleg aukning á flækjustigi rafeinda. Þeir virka með því að mæla þann tíma sem það tekur ómskoðunarhljóðpúls að endurkastast til móttakara í þekktri fjarlægð. Vindátt er hægt að reikna út með því að taka hraðamælingar frá tveimur pörum af ómskoðunarskynjurum sem standa hornrétt hvor á annan og nota einfalda þríhyrningsfræði. Rétt notkun ómskoðunarvindmælis krefst vandlegrar hönnunar á hliðrænum magnara við móttökuendann og mikillar merkjavinnslu til að draga út rétt merki úr auka bergmálum, fjölleiðarútbreiðslu og öllum hávaða sem orsakast af umhverfinu. Hönnunin og tilraunaaðferðirnar eru vel skjalfestar. Þar sem [Jianjia] gat ekki notað vindgöngin til prófana og kvörðunar, setti hann vindmælin tímabundið upp á þak bíls síns og fór. Niðurstöðugildið er í réttu hlutfalli við GPS-hraða bílsins, en aðeins hærra. Þetta gæti stafað af útreikningsvillum eða utanaðkomandi þáttum eins og vind- eða loftflæðistruflunum frá prófunarökutækinu eða annarri umferð.
Aðrir skynjarar eru meðal annars sjónskynjarar fyrir regn, ljósnemar, ljósnemar og BME280 til að mæla loftþrýsting, rakastig og hitastig. Jianjia hyggst nota QingStation á sjálfkeyrandi báti, svo hann bætti einnig við IMU, áttavita, GPS og hljóðnema fyrir umhverfishljóð.
Þökk sé framþróun í skynjurum, rafeindatækni og frumgerðartækni er auðveldara en nokkru sinni fyrr að smíða persónulega veðurstöð. Framboð á ódýrum neteiningum gerir okkur kleift að tryggja að þessi IoT tæki geti sent upplýsingar sínar til opinberra gagnagrunna og veitt þannig sveitarfélögum viðeigandi veðurgögn í umhverfi sínu.
Manolis Nikiforakis er að reyna að smíða Veðurpýramída, sem er algerlega viðhaldsfrítt, orku- og samskiptasjálfstætt veðurmælingartæki sem er hannað fyrir stórfellda notkun. Veðurstöðvar eru venjulega búnar skynjurum sem mæla hitastig, þrýsting, rakastig, vindhraða og úrkomu. Þó að flestir þessara færibreyta megi mæla með föstum skynjurum, þá krefst ákvörðunar á vindhraða, vindátt og úrkomu yfirleitt einhvers konar rafsegulfræðilegs tækis.
Hönnun slíkra skynjara er flókin og krefjandi. Þegar stórar uppsetningar eru skipulagðar þarf einnig að tryggja að þær séu hagkvæmar, auðveldar í uppsetningu og þurfi ekki tíð viðhald. Að útrýma öllum þessum vandamálum gæti leitt til byggingar áreiðanlegri og ódýrari veðurstöðva, sem síðan væri hægt að setja upp í stórum stíl á afskekktum svæðum.
Manolis hefur nokkrar hugmyndir um hvernig hægt er að leysa þessi vandamál. Hann hyggst mæla vindhraða og vindátt með hröðunarmæli, snúningsmæli og áttavita í tregðuskynjaraeiningu (IMU) (líklega MPU-9150). Áætlunin er að fylgjast með hreyfingu IMU skynjarans þegar hann sveiflast frjálslega á snúru, eins og pendúl. Hann hefur gert nokkrar útreikningar á servíettu og virðist viss um að þeir muni gefa þær niðurstöður sem hann þarf þegar hann prófar frumgerðina. Úrkomumælingar verða gerðar með rafrýmdum skynjurum sem nota sérstakan skynjara eins og MPR121 eða innbyggða snertivirknina í ESP32. Hönnun og staðsetning rafskautsbrautanna eru mjög mikilvæg fyrir rétta úrkomumælingu með því að greina regndropa. Stærð, lögun og þyngdardreifing hússins sem skynjarinn er festur í eru einnig mikilvæg þar sem þau hafa áhrif á drægni, upplausn og nákvæmni tækisins. Manolis er að vinna að nokkrum hönnunarhugmyndum sem hann hyggst prófa áður en hann ákveður hvort öll veðurstöðin verði inni í snúningshúsinu eða bara skynjararnir inni í því.
Vegna áhuga síns á veðurfræði smíðaði [Karl] veðurstöð. Nýjasta þeirra er ómskoðunarvindmælir sem notar flugtíma ómskoðunarpúlsa til að ákvarða vindhraða.
Skynjari Carlu notar fjóra ómskotsnema, sem snúa í norður, suður, austur og vestur, til að greina vindhraða. Með því að mæla þann tíma sem það tekur ómskotsbylgju að ferðast á milli skynjaranna í herbergi og draga frá mælingarnar á svæðinu fáum við flugtímann fyrir hvern ás og þar með vindhraðann.
Þetta er áhrifamikil sýnikennsla á verkfræðilegum lausnum, ásamt ótrúlega ítarlegri hönnunarskýrslu.