అల్ట్రాసోనిక్ ఎనిమోమీటర్

వివిధ పర్యావరణ సెన్సార్లతో ప్రయోగాలు చేయడానికి వాతావరణ కేంద్రాలు ఒక ప్రసిద్ధ ప్రాజెక్ట్, మరియు గాలి వేగం మరియు దిశను నిర్ధారించడానికి సాధారణంగా ఒక సాధారణ కప్ ఎనిమోమీటర్ మరియు వెదర్ వేన్‌ను ఎంచుకుంటారు. జియాన్‌జియా మా యొక్క క్వింగ్‌స్టేషన్ కోసం, అతను ఒక భిన్నమైన గాలి సెన్సార్‌ను నిర్మించాలని నిర్ణయించుకున్నాడు: అదే అల్ట్రాసోనిక్ ఎనిమోమీటర్.
అల్ట్రాసోనిక్ అనిమోమీటర్లలో కదిలే భాగాలు ఉండవు, కానీ దీనికి ప్రతిఫలంగా ఎలక్ట్రానిక్ సంక్లిష్టత గణనీయంగా పెరుగుతుంది. ఒక నిర్దిష్ట దూరంలో ఉన్న రిసీవర్‌కు అల్ట్రాసోనిక్ ధ్వని పల్స్ పరావర్తనం చెందడానికి పట్టే సమయాన్ని కొలవడం ద్వారా ఇవి పనిచేస్తాయి. ఒకదానికొకటి లంబంగా ఉండే రెండు జతల అల్ట్రాసోనిక్ సెన్సార్ల నుండి వేగపు రీడింగులను తీసుకొని, సరళమైన త్రికోణమితిని ఉపయోగించడం ద్వారా గాలి దిశను లెక్కించవచ్చు. ఒక అల్ట్రాసోనిక్ అనిమోమీటర్ సరిగ్గా పనిచేయాలంటే, స్వీకరించే చివరన ఉండే అనలాగ్ యాంప్లిఫైయర్‌ను జాగ్రత్తగా రూపొందించడం, మరియు సెకండరీ ఎకోలు, మల్టీపాత్ ప్రొపగేషన్, ఇంకా పరిసరాల వల్ల కలిగే అన్ని శబ్దాల నుండి సరైన సిగ్నల్‌ను సంగ్రహించడానికి విస్తృతమైన సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్ అవసరం. దీని రూపకల్పన మరియు ప్రయోగాత్మక విధానాలు చక్కగా నమోదు చేయబడ్డాయి. [జియాన్‌జియా] పరీక్ష మరియు క్రమాంకనం కోసం విండ్ టన్నెల్‌ను ఉపయోగించలేకపోయినందున, అతను తాత్కాలికంగా అనిమోమీటర్‌ను తన కారు పైకప్పుపై అమర్చి వెళ్ళిపోయాడు. ఫలితంగా వచ్చిన విలువ కారు యొక్క GPS వేగానికి అనుపాతంలో ఉంది, కానీ కొద్దిగా ఎక్కువగా ఉంది. ఇది గణన లోపాల వల్ల లేదా పరీక్షా వాహనం లేదా ఇతర రహదారి ట్రాఫిక్ నుండి వచ్చే గాలి లేదా వాయు ప్రవాహపు ఆటంకాల వంటి బాహ్య కారకాల వల్ల కావచ్చు.
ఇతర సెన్సార్లలో ఆప్టికల్ రెయిన్ సెన్సార్లు, లైట్ సెన్సార్లు, మరియు గాలి పీడనం, తేమ, ఉష్ణోగ్రతలను కొలిచే BME280 ఉన్నాయి. జియాన్‌జియా క్వింగ్‌స్టేషన్‌ను ఒక స్వయంప్రతిపత్తి గల పడవపై ఉపయోగించాలని యోచిస్తున్నాడు, కాబట్టి అతను పరిసర శబ్దాల కోసం ఒక IMU, దిక్సూచి, GPS, మరియు మైక్రోఫోన్‌ను కూడా జోడించాడు.
సెన్సార్లు, ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు ప్రోటోటైపింగ్ టెక్నాలజీలో వచ్చిన పురోగతి వల్ల, వ్యక్తిగత వాతావరణ కేంద్రాన్ని నిర్మించడం గతంలో కంటే ఇప్పుడు చాలా సులభం. తక్కువ ధర గల నెట్‌వర్క్ మాడ్యూల్స్ అందుబాటులో ఉండటం వలన, ఈ IoT పరికరాలు తమ సమాచారాన్ని పబ్లిక్ డేటాబేస్‌లకు ప్రసారం చేయగలవని మనం నిర్ధారించుకోవచ్చు, తద్వారా స్థానిక సమాజాలకు వారి పరిసరాల్లోని సంబంధిత వాతావరణ డేటాను అందించవచ్చు.
మనోలిస్ నికిఫోరాకిస్ ఒక వెదర్ పిరమిడ్‌ను నిర్మించడానికి ప్రయత్నిస్తున్నారు. ఇది పెద్ద ఎత్తున వినియోగం కోసం రూపొందించబడిన, పూర్తిగా సాలిడ్-స్టేట్, నిర్వహణ అవసరం లేని, శక్తి మరియు సమాచార మార్పిడిలో స్వయంప్రతిపత్తి కలిగిన ఒక వాతావరణ కొలత పరికరం. సాధారణంగా, వాతావరణ కేంద్రాలు ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, తేమ, గాలి వేగం మరియు వర్షపాతాన్ని కొలిచే సెన్సార్లతో అమర్చబడి ఉంటాయి. ఈ పారామితులలో చాలా వరకు సాలిడ్-స్టేట్ సెన్సార్లను ఉపయోగించి కొలవగలిగినప్పటికీ, గాలి వేగం, దిశ మరియు వర్షపాతాన్ని నిర్ధారించడానికి సాధారణంగా ఏదో ఒక రకమైన ఎలక్ట్రోమెకానికల్ పరికరం అవసరం అవుతుంది.
ఇటువంటి సెన్సార్ల రూపకల్పన సంక్లిష్టమైనది మరియు సవాలుతో కూడుకున్నది. పెద్ద ఎత్తున వీటిని ఏర్పాటు చేయాలని ప్రణాళిక వేసేటప్పుడు, అవి తక్కువ ఖర్చుతో కూడుకున్నవిగా, సులభంగా అమర్చగలిగేవిగా, మరియు తరచుగా నిర్వహణ అవసరం లేనివిగా ఉండేలా కూడా మీరు నిర్ధారించుకోవాలి. ఈ సమస్యలన్నింటినీ తొలగించడం వల్ల మరింత విశ్వసనీయమైన మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన వాతావరణ కేంద్రాల నిర్మాణానికి దారితీయవచ్చు, వాటిని తరువాత మారుమూల ప్రాంతాలలో పెద్ద సంఖ్యలో ఏర్పాటు చేయవచ్చు.
ఈ సమస్యలను ఎలా పరిష్కరించాలనే దానిపై మనోలిస్‌కు కొన్ని ఆలోచనలు ఉన్నాయి. అతను యాక్సిలరోమీటర్, గైరోస్కోప్ మరియు కంపాస్ నుండి గాలి వేగాన్ని, దిశను ఒక ఇనర్షియల్ సెన్సార్ యూనిట్ (IMU) (బహుశా MPU-9150)లో సంగ్రహించాలని యోచిస్తున్నాడు. ఒక లోలకంలా కేబుల్‌పై స్వేచ్ఛగా ఊగుతున్న IMU సెన్సార్ కదలికను ట్రాక్ చేయడమే ఈ ప్రణాళిక. అతను ఒక నాప్‌కిన్‌పై కొన్ని లెక్కలు చేసాడు మరియు ప్రోటోటైప్‌ను పరీక్షించేటప్పుడు అవి తనకు అవసరమైన ఫలితాలను ఇస్తాయని నమ్మకంగా ఉన్నాడు. MPR121 వంటి ప్రత్యేక సెన్సార్ లేదా ESP32లోని అంతర్నిర్మిత టచ్ ఫంక్షన్‌ను ఉపయోగించి కెపాసిటివ్ సెన్సార్ల ద్వారా వర్షపాతాన్ని గుర్తించడం జరుగుతుంది. వర్షపు బిందువులను గుర్తించడం ద్వారా సరైన వర్షపాత కొలత కోసం ఎలక్ట్రోడ్ ట్రాక్‌ల రూపకల్పన మరియు స్థానం చాలా ముఖ్యం. సెన్సార్ అమర్చబడిన హౌసింగ్ యొక్క పరిమాణం, ఆకారం మరియు బరువు పంపిణీ కూడా కీలకమైనవి, ఎందుకంటే అవి పరికరం యొక్క పరిధి, రిజల్యూషన్ మరియు కచ్చితత్వాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి. మొత్తం వాతావరణ కేంద్రం తిరిగే హౌసింగ్ లోపల ఉంటుందా లేదా కేవలం సెన్సార్లు మాత్రమే లోపల ఉంటాయా అని నిర్ణయించే ముందు, మనోలిస్ తాను ప్రయత్నించాలనుకుంటున్న అనేక డిజైన్ ఆలోచనలపై పనిచేస్తున్నాడు.
వాతావరణ శాస్త్రంపై ఉన్న ఆసక్తి కారణంగా, [కార్ల్] ఒక వాతావరణ కేంద్రాన్ని నిర్మించాడు. వీటిలో అత్యంత నూతనమైనది అల్ట్రాసోనిక్ విండ్ సెన్సార్, ఇది గాలి వేగాన్ని నిర్ధారించడానికి అల్ట్రాసోనిక్ పల్స్‌ల ప్రయాణ సమయాన్ని ఉపయోగిస్తుంది.
కార్లా సెన్సార్ గాలి వేగాన్ని గుర్తించడానికి ఉత్తరం, దక్షిణం, తూర్పు మరియు పడమర దిశలలో అమర్చిన నాలుగు అల్ట్రాసోనిక్ ట్రాన్స్‌డ్యూసర్‌లను ఉపయోగిస్తుంది. ఒక గదిలోని సెన్సార్ల మధ్య అల్ట్రాసోనిక్ పల్స్ ప్రయాణించడానికి పట్టే సమయాన్ని కొలిచి, క్షేత్ర కొలతలను తీసివేయడం ద్వారా, మనం ప్రతి అక్షానికి ప్రయాణ సమయాన్ని (టైమ్ ఆఫ్ ఫ్లైట్) మరియు తద్వారా గాలి వేగాన్ని పొందుతాము.
ఇది ఇంజనీరింగ్ పరిష్కారాల యొక్క అద్భుతమైన ప్రదర్శన, దీనికి ఆశ్చర్యపరిచే వివరాలతో కూడిన డిజైన్ నివేదిక కూడా జతచేయబడింది.