Stasiun cuaca merupakan proyek populer untuk bereksperimen dengan berbagai sensor lingkungan, dan anemometer cangkir sederhana serta baling-baling cuaca biasanya dipilih untuk menentukan kecepatan dan arah angin. Untuk QingStation karya Jianjia Ma, ia memutuskan untuk membangun jenis sensor angin yang berbeda: anemometer ultrasonik.
Anemometer ultrasonik tidak memiliki bagian yang bergerak, tetapi sebagai gantinya, kompleksitas elektroniknya meningkat secara signifikan. Cara kerjanya adalah dengan mengukur waktu yang dibutuhkan pulsa suara ultrasonik untuk memantul ke penerima pada jarak yang diketahui. Arah angin dapat dihitung dengan mengambil pembacaan kecepatan dari dua pasang sensor ultrasonik yang tegak lurus satu sama lain dan menggunakan trigonometri sederhana. Pengoperasian anemometer ultrasonik yang tepat membutuhkan desain yang cermat dari penguat analog di ujung penerima dan pemrosesan sinyal yang ekstensif untuk mengekstrak sinyal yang benar dari gema sekunder, propagasi multipath, dan semua kebisingan yang disebabkan oleh lingkungan. Desain dan prosedur eksperimentalnya terdokumentasi dengan baik. Karena [Jianjia] tidak dapat menggunakan terowongan angin untuk pengujian dan kalibrasi, ia sementara memasang anemometer di atap mobilnya dan pergi. Nilai yang dihasilkan sebanding dengan kecepatan GPS mobil, tetapi sedikit lebih tinggi. Ini mungkin disebabkan oleh kesalahan perhitungan atau faktor eksternal seperti gangguan angin atau aliran udara dari kendaraan uji atau lalu lintas jalan lainnya.
Sensor lainnya termasuk sensor hujan optik, sensor cahaya, dan BME280 untuk mengukur tekanan udara, kelembaban, dan suhu. Jianjia berencana menggunakan QingStation pada kapal otonom, jadi dia juga menambahkan IMU, kompas, GPS, dan mikrofon untuk suara sekitar.
Berkat kemajuan dalam sensor, elektronik, dan teknologi prototipe, membangun stasiun cuaca pribadi menjadi lebih mudah dari sebelumnya. Ketersediaan modul jaringan berbiaya rendah memungkinkan kita untuk memastikan bahwa perangkat IoT ini dapat mengirimkan informasinya ke basis data publik, sehingga menyediakan data cuaca yang relevan bagi masyarakat setempat di sekitar mereka.
Manolis Nikiforakis sedang berupaya membangun Piramida Cuaca, sebuah perangkat pengukuran cuaca serba solid-state, bebas perawatan, mandiri energi dan komunikasi, yang dirancang untuk penerapan skala besar. Biasanya, stasiun cuaca dilengkapi dengan sensor yang mengukur suhu, tekanan, kelembaban, kecepatan angin, dan curah hujan. Meskipun sebagian besar parameter ini dapat diukur menggunakan sensor solid-state, penentuan kecepatan angin, arah angin, dan curah hujan biasanya memerlukan beberapa bentuk perangkat elektromekanik.
Desain sensor semacam itu kompleks dan menantang. Saat merencanakan penyebaran skala besar, Anda juga perlu memastikan bahwa sensor tersebut hemat biaya, mudah dipasang, dan tidak memerlukan perawatan yang sering. Menghilangkan semua masalah ini dapat menghasilkan pembangunan stasiun cuaca yang lebih andal dan lebih murah, yang kemudian dapat dipasang dalam jumlah besar di daerah terpencil.
Manolis memiliki beberapa ide tentang cara mengatasi masalah ini. Ia berencana untuk menangkap kecepatan dan arah angin dari akselerometer, giroskop, dan kompas dalam unit sensor inersia (IMU) (kemungkinan MPU-9150). Rencananya adalah untuk melacak pergerakan sensor IMU saat berayun bebas pada kabel, seperti pendulum. Ia telah melakukan beberapa perhitungan di atas selembar kertas dan tampaknya yakin bahwa perhitungan tersebut akan memberikan hasil yang dibutuhkannya saat menguji prototipe. Pengukuran curah hujan akan dilakukan menggunakan sensor kapasitif dengan menggunakan sensor khusus seperti MPR121 atau fungsi sentuh bawaan pada ESP32. Desain dan lokasi jalur elektroda sangat penting untuk pengukuran curah hujan yang akurat dengan mendeteksi tetesan hujan. Ukuran, bentuk, dan distribusi berat wadah tempat sensor dipasang juga sangat penting karena memengaruhi jangkauan, resolusi, dan akurasi instrumen. Manolis sedang mengerjakan beberapa ide desain yang rencananya akan dicoba sebelum memutuskan apakah seluruh stasiun cuaca akan berada di dalam wadah yang berputar atau hanya sensor di dalamnya.
Karena ketertarikannya pada meteorologi, [Karl] membangun sebuah stasiun cuaca. Yang terbaru dari stasiun-stasiun ini adalah sensor angin ultrasonik, yang menggunakan waktu tempuh pulsa ultrasonik untuk menentukan kecepatan angin.
Sensor Carla menggunakan empat transduser ultrasonik, yang diarahkan ke utara, selatan, timur, dan barat, untuk mendeteksi kecepatan angin. Dengan mengukur waktu yang dibutuhkan pulsa ultrasonik untuk menempuh jarak antar sensor di dalam ruangan dan menguranginya dengan pengukuran lapangan, kita memperoleh waktu tempuh untuk setiap sumbu dan karenanya kecepatan angin.
Ini adalah demonstrasi solusi teknik yang mengesankan, disertai dengan laporan desain yang sangat detail.
Waktu posting: 19 April 2024