Ultrasonic Anemometer

Cov chaw ntsuas huab cua yog ib qho project nrov rau kev sim nrog ntau yam sensors ib puag ncig, thiab lub khob yooj yim anemometer thiab huab cua vane feem ntau yog xaiv los txiav txim siab qhov ceev thiab kev taw qhia ntawm cua. Rau Jianjia Ma's QingStation, nws txiav txim siab los tsim ib hom sensor cua sib txawv: lub ultrasonic anemometer.
Cov ultrasonic anemometers tsis muaj qhov chaw txav mus los, tab sis qhov kev pauv pauv yog qhov nce ntxiv ntawm qhov nyuaj ntawm hluav taws xob. Lawv ua haujlwm los ntawm kev ntsuas lub sijhawm uas nws siv rau lub suab ultrasonic pulse los cuam tshuam rau lub receiver ntawm qhov deb paub. Kev taw qhia cua tuaj yeem suav los ntawm kev nyeem qhov ceev los ntawm ob khub ntawm ultrasonic sensors perpendicular rau ib leeg thiab siv cov trigonometry yooj yim. Kev ua haujlwm kom zoo ntawm lub ultrasonic anemometer yuav tsum tau tsim kom zoo ntawm lub amplifier analog ntawm qhov kawg tau txais thiab kev ua cov teeb liab ntau kom rho tawm cov teeb liab kom raug los ntawm cov echoes thib ob, multipath propagation, thiab txhua lub suab nrov los ntawm ib puag ncig. Cov txheej txheem tsim thiab kev sim tau sau tseg zoo. Txij li thaum [Jianjia] tsis tuaj yeem siv lub qhov cua rau kev sim thiab calibration, nws ib ntus ntsia lub anemometer rau ntawm lub ru tsev ntawm nws lub tsheb thiab tawm mus. Tus nqi tshwm sim yog proportional rau lub tsheb GPS ceev, tab sis siab dua me ntsis. Qhov no yuav yog vim muaj qhov yuam kev xam lossis lwm yam xws li cua lossis cua cuam tshuam los ntawm lub tsheb sim lossis lwm txoj kev tsheb.
Lwm cov sensors suav nrog optical rain sensors, light sensors, light sensors thiab BME280 rau kev ntsuas cua siab, av noo thiab kub. Jianjia npaj siv QingStation ntawm lub nkoj tsis muaj neeg tsav, yog li nws kuj ntxiv IMU, compass, GPS, thiab microphone rau lub suab ambient.
Ua tsaug rau kev nce qib hauv cov sensors, electronics, thiab prototyping technology, kev tsim lub chaw huab cua tus kheej yooj yim dua puas tau. Qhov muaj cov network modules pheej yig ua rau peb xyuas kom meej tias cov khoom siv IoT no tuaj yeem xa lawv cov ntaub ntawv mus rau cov ntaub ntawv pej xeem, muab cov zej zog hauv zos nrog cov ntaub ntawv huab cua cuam tshuam hauv lawv ib puag ncig.
Manolis Nikiforakis tab tom sim tsim ib lub Weather Pyramid, ib lub cuab yeej ntsuas huab cua uas ruaj khov, tsis tas yuav saib xyuas, siv hluav taws xob thiab sib txuas lus, uas tsim los rau kev siv loj. Feem ntau, cov chaw ntsuas huab cua muaj cov sensors uas ntsuas qhov kub, siab, av noo, cua ceev thiab nag los. Txawm hais tias feem ntau ntawm cov ntsuas no tuaj yeem ntsuas tau siv cov sensors khov kho, kev txiav txim siab qhov ceev cua, kev coj, thiab nag los feem ntau xav tau qee yam khoom siv hluav taws xob.
Kev tsim cov sensors no nyuaj thiab nyuaj heev. Thaum npaj cov kev xa mus rau ntau qhov chaw, koj kuj yuav tsum xyuas kom meej tias lawv pheej yig, yooj yim rau kev teeb tsa, thiab tsis tas yuav tsum tau saib xyuas ntau zaus. Kev tshem tawm tag nrho cov teeb meem no tuaj yeem ua rau muaj kev tsim cov chaw nres tsheb huab cua txhim khu kev qha dua thiab pheej yig dua, uas tom qab ntawd tuaj yeem teeb tsa ntau hauv cov chaw nyob deb nroog.
Manolis muaj qee lub tswv yim txog yuav ua li cas daws cov teeb meem no. Nws npaj yuav ntes qhov ceev cua thiab kev taw qhia los ntawm lub accelerometer, gyroscope thiab compass hauv lub inertial sensor unit (IMU) (tej zaum yog MPU-9150). Lub tswv yim yog los taug qab kev txav ntawm IMU sensor thaum nws viav vias dawb ntawm lub cable, zoo li lub pendulum. Nws tau ua qee qhov kev xam ntawm daim ntaub so ntswg thiab zoo li ntseeg siab tias lawv yuav muab cov txiaj ntsig uas nws xav tau thaum sim cov qauv. Kev ntsuas nag los yuav ua tiav los ntawm kev siv cov sensor capacitive siv lub sensor tshwj xeeb xws li MPR121 lossis lub luag haujlwm kov hauv ESP32. Kev tsim thiab qhov chaw ntawm cov electrode khiav yog qhov tseem ceeb heev rau kev ntsuas nag los ntawm kev ntes cov dej nag. Qhov loj me, cov duab thiab qhov hnyav faib ntawm lub tsev uas lub sensor tau teeb tsa kuj tseem ceeb vim tias lawv cuam tshuam rau qhov ntau thiab tsawg, kev daws teeb meem thiab qhov tseeb ntawm lub cuab yeej. Manolis tab tom ua haujlwm ntawm ntau lub tswv yim tsim uas nws npaj yuav sim ua ntej txiav txim siab seb puas yog tag nrho lub chaw nres tsheb huab cua yuav nyob hauv lub tsev tig lossis tsuas yog cov sensors sab hauv.
Vim nws nyiam kawm txog huab cua, [Karl] tau tsim ib lub chaw ntsuas huab cua. Qhov tshiab tshaj plaws ntawm cov no yog lub tshuab ntsuas cua ultrasonic, uas siv lub sijhawm ya ntawm cov ultrasonic pulses los txiav txim siab qhov ceev ntawm cua.
Carla lub sensor siv plaub lub ultrasonic transducers, tig mus rau sab qaum teb, sab qab teb, sab hnub tuaj thiab sab hnub poob, los ntes qhov ceev ntawm cua. Los ntawm kev ntsuas lub sijhawm uas lub ultrasonic pulse siv los mus ncig ntawm cov sensors hauv ib chav thiab rho tawm cov kev ntsuas teb, peb tau txais lub sijhawm ya rau txhua lub axis thiab yog li ntawd qhov ceev ntawm cua.
Qhov no yog ib qho kev qhia txog kev daws teeb meem engineering zoo kawg nkaus, nrog rau daim ntawv qhia txog kev tsim qauv uas muaj cov ntsiab lus ntxaws ntxaws.