അൾട്രാസോണിക് അനിമോമീറ്റർ

വിവിധ പരിസ്ഥിതി സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പരീക്ഷണം നടത്തുന്നതിനുള്ള ഒരു ജനപ്രിയ പദ്ധതിയാണ് കാലാവസ്ഥാ സ്റ്റേഷനുകൾ, കാറ്റിന്റെ വേഗതയും ദിശയും നിർണ്ണയിക്കാൻ സാധാരണയായി ഒരു ലളിതമായ കപ്പ് അനിമോമീറ്ററും കാലാവസ്ഥാ വെയ്നും തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു. ജിയാൻജിയ മായുടെ ക്വിംഗ്സ്റ്റേഷനു വേണ്ടി, അദ്ദേഹം വ്യത്യസ്തമായ ഒരു തരം കാറ്റ് സെൻസർ നിർമ്മിക്കാൻ തീരുമാനിച്ചു: ഒരു അൾട്രാസോണിക് അനിമോമീറ്റർ.
അൾട്രാസോണിക് അനിമോമീറ്ററുകൾക്ക് ചലിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങളില്ല, പക്ഷേ ഇലക്ട്രോണിക് സങ്കീർണ്ണതയിൽ ഗണ്യമായ വർദ്ധനവാണ് ഇതിന്റെ ഒരു പ്രധാന കാരണം. ഒരു അൾട്രാസോണിക് ശബ്ദ പൾസ് ഒരു അറിയപ്പെടുന്ന ദൂരത്തിൽ ഒരു റിസീവറിലേക്ക് പ്രതിഫലിക്കാൻ എടുക്കുന്ന സമയം അളക്കുന്നതിലൂടെയാണ് അവ പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. പരസ്പരം ലംബമായി രണ്ട് ജോഡി അൾട്രാസോണിക് സെൻസറുകളിൽ നിന്ന് വേഗത റീഡിംഗുകൾ എടുത്ത് ലളിതമായ ത്രികോണമിതി ഉപയോഗിച്ച് കാറ്റിന്റെ ദിശ കണക്കാക്കാം. ഒരു അൾട്രാസോണിക് അനിമോമീറ്ററിന്റെ ശരിയായ പ്രവർത്തനത്തിന് സ്വീകരിക്കുന്ന അറ്റത്തുള്ള അനലോഗ് ആംപ്ലിഫയറിന്റെ ശ്രദ്ധാപൂർവ്വമായ രൂപകൽപ്പനയും ദ്വിതീയ പ്രതിധ്വനികൾ, മൾട്ടിപാത്ത് പ്രചരണം, പരിസ്ഥിതി മൂലമുണ്ടാകുന്ന എല്ലാ ശബ്ദങ്ങൾ എന്നിവയിൽ നിന്നും ശരിയായ സിഗ്നൽ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നതിന് വിപുലമായ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗും ആവശ്യമാണ്. രൂപകൽപ്പനയും പരീക്ഷണ നടപടിക്രമങ്ങളും നന്നായി രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്. പരിശോധനയ്ക്കും കാലിബ്രേഷനും [ജിയാൻജിയ] വിൻഡ് ടണൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയാത്തതിനാൽ, അദ്ദേഹം തന്റെ കാറിന്റെ മേൽക്കൂരയിൽ താൽക്കാലികമായി അനിമോമീറ്റർ സ്ഥാപിച്ച് പോയി. തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന മൂല്യം കാറിന്റെ GPS വേഗതയ്ക്ക് ആനുപാതികമാണ്, പക്ഷേ അൽപ്പം കൂടുതലാണ്. ഇത് കണക്കുകൂട്ടൽ പിശകുകൾ മൂലമോ ടെസ്റ്റ് വാഹനത്തിൽ നിന്നോ മറ്റ് റോഡ് ഗതാഗതത്തിൽ നിന്നോ ഉള്ള കാറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ വായുപ്രവാഹ തടസ്സങ്ങൾ പോലുള്ള ബാഹ്യ ഘടകങ്ങൾ മൂലമോ ആകാം.
മറ്റ് സെൻസറുകളിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ റെയിൻ സെൻസറുകൾ, ലൈറ്റ് സെൻസറുകൾ, ലൈറ്റ് സെൻസറുകൾ, വായു മർദ്ദം, ഈർപ്പം, താപനില എന്നിവ അളക്കുന്നതിനുള്ള BME280 എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഒരു സ്വയംഭരണ ബോട്ടിൽ ക്വിങ്‌സ്റ്റേഷൻ ഉപയോഗിക്കാൻ ജിയാൻജിയ പദ്ധതിയിടുന്നു, അതിനാൽ ആംബിയന്റ് ശബ്ദത്തിനായി അദ്ദേഹം ഒരു IMU, കോമ്പസ്, GPS, മൈക്രോഫോൺ എന്നിവയും ചേർത്തു.
സെൻസറുകൾ, ഇലക്ട്രോണിക്സ്, പ്രോട്ടോടൈപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ എന്നിവയിലെ പുരോഗതിക്ക് നന്ദി, ഒരു വ്യക്തിഗത കാലാവസ്ഥാ സ്റ്റേഷൻ നിർമ്മിക്കുന്നത് മുമ്പത്തേക്കാൾ എളുപ്പമാണ്. കുറഞ്ഞ ചെലവിലുള്ള നെറ്റ്‌വർക്ക് മൊഡ്യൂളുകളുടെ ലഭ്യത ഈ IoT ഉപകരണങ്ങൾക്ക് അവരുടെ വിവരങ്ങൾ പൊതു ഡാറ്റാബേസുകളിലേക്ക് കൈമാറാൻ കഴിയുമെന്ന് ഉറപ്പാക്കാൻ ഞങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു, ഇത് പ്രാദേശിക സമൂഹങ്ങൾക്ക് അവരുടെ ചുറ്റുപാടുകളിലെ പ്രസക്തമായ കാലാവസ്ഥാ ഡാറ്റ നൽകുന്നു.
മനോലിസ് നിക്കിഫോറാക്കിസ് ഒരു വെതർ പിരമിഡ് നിർമ്മിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു, ഇത് വലിയ തോതിലുള്ള വിന്യാസത്തിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തിരിക്കുന്ന പൂർണ്ണമായും സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ്, മെയിന്റനൻസ്-ഫ്രീ, ഊർജ്ജ-കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ-സ്വയംഭരണ കാലാവസ്ഥാ അളക്കൽ ഉപകരണമാണ്. സാധാരണയായി, കാലാവസ്ഥാ സ്റ്റേഷനുകളിൽ താപനില, മർദ്ദം, ഈർപ്പം, കാറ്റിന്റെ വേഗത, മഴ എന്നിവ അളക്കുന്ന സെൻസറുകൾ സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ പാരാമീറ്ററുകളിൽ ഭൂരിഭാഗവും സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അളക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിലും, കാറ്റിന്റെ വേഗത, ദിശ, മഴ എന്നിവ നിർണ്ണയിക്കുന്നതിന് സാധാരണയായി ഏതെങ്കിലും തരത്തിലുള്ള ഇലക്ട്രോമെക്കാനിക്കൽ ഉപകരണം ആവശ്യമാണ്.
അത്തരം സെൻസറുകളുടെ രൂപകൽപ്പന സങ്കീർണ്ണവും വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞതുമാണ്. വലിയ വിന്യാസങ്ങൾ ആസൂത്രണം ചെയ്യുമ്പോൾ, അവ ചെലവ് കുറഞ്ഞതും ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യാൻ എളുപ്പമുള്ളതും പതിവ് അറ്റകുറ്റപ്പണികൾ ആവശ്യമില്ലാത്തതുമാണെന്ന് നിങ്ങൾ ഉറപ്പാക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ പ്രശ്നങ്ങളെല്ലാം ഇല്ലാതാക്കുന്നത് കൂടുതൽ വിശ്വസനീയവും വിലകുറഞ്ഞതുമായ കാലാവസ്ഥാ സ്റ്റേഷനുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം, അത് പിന്നീട് വിദൂര പ്രദേശങ്ങളിൽ വലിയ അളവിൽ സ്ഥാപിക്കാൻ കഴിയും.
ഈ പ്രശ്നങ്ങൾ എങ്ങനെ പരിഹരിക്കാമെന്ന് മനോലിസിന് ചില ആശയങ്ങളുണ്ട്. ഒരു ഇനേർഷ്യൽ സെൻസർ യൂണിറ്റിൽ (IMU) (ഒരുപക്ഷേ ഒരു MPU-9150) ആക്സിലറോമീറ്റർ, ഗൈറോസ്കോപ്പ്, കോമ്പസ് എന്നിവയിൽ നിന്ന് കാറ്റിന്റെ വേഗതയും ദിശയും പിടിച്ചെടുക്കാൻ അദ്ദേഹം പദ്ധതിയിടുന്നു. ഒരു പെൻഡുലം പോലെ ഒരു കേബിളിൽ സ്വതന്ത്രമായി ആടുമ്പോൾ IMU സെൻസറിന്റെ ചലനം ട്രാക്ക് ചെയ്യുക എന്നതാണ് പദ്ധതി. അദ്ദേഹം ഒരു നാപ്കിനിൽ ചില കണക്കുകൂട്ടലുകൾ നടത്തിയിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ പ്രോട്ടോടൈപ്പ് പരീക്ഷിക്കുമ്പോൾ അവ ആവശ്യമായ ഫലങ്ങൾ നൽകുമെന്ന് ആത്മവിശ്വാസം തോന്നുന്നു. MPR121 പോലുള്ള ഒരു സമർപ്പിത സെൻസർ അല്ലെങ്കിൽ ESP32 ലെ ബിൽറ്റ്-ഇൻ ടച്ച് ഫംഗ്ഷൻ ഉപയോഗിച്ച് കപ്പാസിറ്റീവ് സെൻസറുകൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് മഴ സെൻസിംഗ് നടത്തുന്നത്. മഴത്തുള്ളികൾ കണ്ടെത്തി ശരിയായ മഴ അളക്കുന്നതിന് ഇലക്ട്രോഡ് ട്രാക്കുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയും സ്ഥാനവും വളരെ പ്രധാനമാണ്. സെൻസർ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഭവനത്തിന്റെ വലുപ്പം, ആകൃതി, ഭാരം വിതരണം എന്നിവയും നിർണായകമാണ്, കാരണം അവ ഉപകരണത്തിന്റെ പരിധി, റെസല്യൂഷൻ, കൃത്യത എന്നിവയെ ബാധിക്കുന്നു. മുഴുവൻ കാലാവസ്ഥാ കേന്ദ്രവും കറങ്ങുന്ന ഭവനത്തിനുള്ളിലായിരിക്കണോ അതോ അതിനുള്ളിലെ സെൻസറുകൾ മാത്രമായിരിക്കണോ എന്ന് തീരുമാനിക്കുന്നതിന് മുമ്പ് അദ്ദേഹം പരീക്ഷിക്കാൻ ഉദ്ദേശിക്കുന്ന നിരവധി ഡിസൈൻ ആശയങ്ങളിൽ മനോലിസ് പ്രവർത്തിക്കുന്നു.
കാലാവസ്ഥാ ശാസ്ത്രത്തിലുള്ള താല്പര്യം കാരണം, [കാൾ] ഒരു കാലാവസ്ഥാ സ്റ്റേഷൻ നിർമ്മിച്ചു. ഇവയിൽ ഏറ്റവും പുതിയത് അൾട്രാസോണിക് വിൻഡ് സെൻസറാണ്, ഇത് കാറ്റിന്റെ വേഗത നിർണ്ണയിക്കാൻ അൾട്രാസോണിക് പൾസുകളുടെ പറക്കൽ സമയം ഉപയോഗിക്കുന്നു.
കാറ്റിന്റെ വേഗത കണ്ടെത്താൻ കാർലയുടെ സെൻസർ വടക്ക്, തെക്ക്, കിഴക്ക്, പടിഞ്ഞാറ് എന്നീ ദിശകളിലായി നാല് അൾട്രാസോണിക് ട്രാൻസ്‌ഡ്യൂസറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു മുറിയിലെ സെൻസറുകൾക്കിടയിൽ ഒരു അൾട്രാസോണിക് പൾസ് സഞ്ചരിക്കാൻ എടുക്കുന്ന സമയം അളക്കുന്നതിലൂടെയും ഫീൽഡ് അളവുകൾ കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെയും, ഓരോ അച്ചുതണ്ടിനും പറക്കുന്ന സമയവും അതുവഴി കാറ്റിന്റെ വേഗതയും നമുക്ക് ലഭിക്കും.
അതിശയകരമാംവിധം വിശദമായ ഡിസൈൻ റിപ്പോർട്ടിനൊപ്പം, എഞ്ചിനീയറിംഗ് പരിഹാരങ്ങളുടെ ശ്രദ്ധേയമായ ഒരു പ്രകടനമാണിത്.