Ультразвуковой анемометр своими руками. Самодельный ультразвуковой анемометр: как измерить скорость ветра своими руками

Как сделать ультразвуковой анемометр для измерения скорости ветра. Из каких компонентов состоит самодельный анемометр. Какой принцип работы ультразвукового анемометра. Какие преимущества у ультразвукового анемометра перед механическим.

Что такое ультразвуковой анемометр и как он работает

Ультразвуковой анемометр — это прибор для измерения скорости и направления ветра, использующий ультразвуковые волны. В отличие от механических анемометров с вращающимися чашками, ультразвуковой анемометр не имеет подвижных частей, что делает его более надежным и долговечным.

Принцип работы ультразвукового анемометра основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса между парами датчиков. Типичная конструкция включает две пары ультразвуковых преобразователей, расположенных крест-накрест:

• Одна пара измеряет скорость ветра по оси север-юг
• Вторая пара — по оси восток-запад

Каждый датчик может как излучать, так и принимать ультразвуковые импульсы. Расстояние между датчиками фиксировано и известно. При отсутствии ветра время прохождения импульса в обоих направлениях одинаково. При наличии ветра:

• Импульс, движущийся по ветру, приходит быстрее
• Импульс против ветра запаздывает

По разнице во времени прохождения импульсов рассчитывается скорость ветра вдоль каждой оси. Комбинируя данные с обеих пар датчиков, определяется результирующий вектор скорости и направления ветра.

Преимущества ультразвукового анемометра перед механическим

Ультразвуковые анемометры имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными механическими чашечными или крыльчатыми анемометрами:

• Отсутствие подвижных частей — повышает надежность и долговечность
• Не требуют обслуживания — нет необходимости в смазке, регулировке и замене изнашивающихся деталей
• Работают в сложных погодных условиях — не боятся обледенения и налипания снега
• Высокая чувствительность — могут измерять очень слабые ветра
• Быстрый отклик — мгновенно реагируют на порывы и изменения ветра
• Измеряют как горизонтальную, так и вертикальную составляющую ветра

Благодаря этим преимуществам ультразвуковые анемометры все чаще используются в метеорологии, промышленности и науке, особенно в сложных климатических условиях.

Из каких компонентов состоит самодельный ультразвуковой анемометр

Для создания простейшего ультразвукового анемометра своими руками потребуются следующие основные компоненты:

• 4 ультразвуковых преобразователя (излучатель-приемник)
• Микроконтроллер (например, Arduino или PIC)
• Схема формирования ультразвуковых импульсов
• Схема усиления и обработки принятых сигналов
• Корпус для крепления датчиков
• Источник питания

Ключевым элементом являются ультразвуковые датчики. Можно использовать готовые модули типа HC-SR04 или собрать схему на отдельных пьезоэлектрических преобразователях. Микроконтроллер управляет работой датчиков, измеряет временные интервалы и рассчитывает скорость ветра.

Как сделать корпус для самодельного анемометра

Корпус анемометра должен надежно фиксировать ультразвуковые датчики на заданном расстоянии друг от друга. При этом важно минимизировать влияние самого корпуса на воздушный поток. Варианты изготовления корпуса:

• 3D-печать — позволяет создать оптимальную обтекаемую форму
• Сборка из пластиковых труб — простой и доступный вариант
• Металлический каркас — прочная конструкция для тяжелых условий

При проектировании корпуса нужно предусмотреть:

• Защиту электроники от осадков
• Возможность юстировки положения датчиков
• Крепление для установки на мачту или треногу

Оптимальное расстояние между противоположными датчиками составляет 10-20 см. Чем больше база измерения, тем выше точность, но хуже быстродействие анемометра.

Схема подключения ультразвуковых датчиков к микроконтроллеру

Рассмотрим вариант подключения на примере популярного датчика HC-SR04 и платы Arduino:

• VCC датчиков подключаем к +5В Arduino
• GND датчиков — к GND Arduino
• Trig первой пары датчиков — к пину 2 Arduino
• Echo первой пары — к пину 3 Arduino
• Trig второй пары — к пину 4 Arduino
• Echo второй пары — к пину 5 Arduino

Для повышения точности измерений рекомендуется использовать внешние подтягивающие резисторы 10 кОм на линиях Echo. Это уменьшит влияние наводок на длинных проводах.

Если используются отдельные пьезоэлектрические преобразователи, понадобятся дополнительные схемы формирования импульсов и усиления сигналов. В этом случае схема подключения будет сложнее.

Алгоритм измерения скорости ветра ультразвуковым методом

Базовый алгоритм работы ультразвукового анемометра выглядит следующим образом:

1. Формирование короткого ультразвукового импульса первым датчиком
2. Измерение времени прохождения импульса до противоположного датчика
3. Повторение измерения в обратном направлении
4. Расчет разности времен прохождения
5. Вычисление проекции скорости ветра на ось датчиков
6. Повторение измерений для второй пары датчиков
7. Расчет результирующего вектора скорости ветра

Для повышения точности измерений желательно выполнять многократные измерения и усреднять результаты. Также нужно учитывать влияние температуры на скорость звука.

Программирование микроконтроллера для ультразвукового анемометра

Рассмотрим пример простейшей программы для Arduino, реализующей измерение скорости ветра с помощью одной пары ультразвуковых датчиков HC-SR04:

const int trigPin = 2;
const int echoPin = 3;
const float distance = 0.2; // расстояние между датчиками в метрах

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(trigPin, OUTPUT);
  pinMode(echoPin, INPUT);
}

void loop() {
  long duration1, duration2;
  float velocity;
  
  // Измерение в прямом направлении
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration1 = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  delay(50);
  
  // Измерение в обратном направлении  
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(trigPin, HIGH);
  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(trigPin, LOW);
  duration2 = pulseIn(echoPin, HIGH);
  
  // Расчет скорости ветра
  velocity = distance * (duration2 - duration1) / (duration1 * duration2);
  
  Serial.print("Скорость ветра: ");
  Serial.print(velocity);
  Serial.println(" м/с");
  
  delay(1000);
}
 

Этот код выполняет базовые измерения и расчеты. Для реального применения его нужно доработать, добавив усреднение, учет температуры, калибровку и т.д.

Калибровка самодельного ультразвукового анемометра

Калибровка необходима для повышения точности измерений самодельного анемометра. Основные этапы калибровки:

1. Измерение точного расстояния между датчиками
2. Определение задержек в электронном тракте
3. Калибровка при нулевой скорости ветра
4. Калибровка при известных скоростях ветра

Для калибровки при ненулевых скоростях можно использовать:

• Промышленный эталонный анемометр
• Аэродинамическую трубу
• Движение на автомобиле с постоянной скоростью

По результатам калибровки вносятся поправки в программу микроконтроллера. Это позволяет существенно повысить точность самодельного анемометра.

Анемометр своими руками

Подключиться к YouTube?

youtu.be/owfPbANISGQ

Подключиться к YouTube?

youtu.be/NWD77iKfCN8

Сделав своими руками очень простое приспособление и используя это приложение вы получите настоящий анемометр для измерения скорости ветра или потока воздуха в вентиляционной системе. Можно выбрать конструкцию анемометра которая будет лучше соответствовать вашим требованиям.

Определение скорости ветра основано на измерении скорости вращения магнита магнетометром телефона. Для каждой конструкции анемометра определена зависимость скорости вращения от скорости потока воздуха. Эти зависимости можно редактировать.

Вы можете усовершенствовать предложенные конструкции или сделать свою и откалибровать её.

Чтобы выбрать единицы измерения (m/s, km/h, ft/s, mph, knots, Bft, Hz (оборотов в секунду), RPM (оборотов в минуту)) или среднее значение («Avg1» — последнее значение, «Avg3» и «Avg7» — среднее значение) нажмите на семисегментный дисплей.

Не пренебрегайте защитным чехлом для телефона.

Если нужно измерять скорость ветра на открытом воздухе, то этот тип лучше всего подойдет для этого. На изменения не влияет направление ветра (крыльчатый анемометр) и крыльчатку не унесет сильный порыв ветра («Чувствительный» анемометр).

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 0.5 м/с до 15 м/с.
• Точность 0.5 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Для изготовления анемометра нужно вырезать из алюминиевой банки квадрат размером 3х3 дюйма (7.6х7.6 см).

На получившимся листе нужно сделать разметку.

Сделать разрезы ножницами до меток.

Очень аккуратно придать нужную форму. Если крыльчатка сразу не принимает нужную форму, то она может выровняться после проделывания отверстия в центре.

Все острые углы нужно отрезать. Это нужно делать так чтобы отрезанный угол не попал кому-нибудь в глаз.

Крыльчатка прикручивается винтом к стержню шариковой ручки. Внутренний диаметр стержня может очень сильно различаться. Поэтому трудно написать какой размер винта подойдет. На фото используется винт с размером резьбы 2×6 мм. Головка винта должна быть плоской (потайной), потому что на ней должен хорошо лежать магнит. Предпочтителен шлиц винта Pozidriv (PZ), т.к. такой шлиц нужен в другой конструкции анемометра.

Вместо винта можно использовать очень маленькие шурупы, гвоздики, или даже приклеить крыльчатку и магнит жевательной резинкой (жвачке нужно дать время подсохнуть). Если гвоздик чуть меньше чем нужно, тогда сделайте на нем зазубрины.

Теперь нужно сделать маленький крестик из квадрата размером 1/2 дюйма (1.2 см) с маленькой вмятиной в центре. Можно использовать квадратик меньшего размера, например если внутренний диаметр ручки меньше.

Крестик аккуратно вставляется в ручку и проталкивается до упора.

Анемометр почти готов. Он должен легко крутиться если на него подуть. СТЕРЖЕНЬ ДОЛЖЕН КАСАТЬСЯ КРЕСТИКА ТОЛЬКО ШАРИКОМ (возможно для этого придется сделать крестик чуть меньше). ЧТОБЫ ЭТО ВИДЕТЬ, ШАРИКОВАЯ РУЧКА ДОЛЖНА БЫТЬ ПРОЗРАЧНОЙ.

Теперь нужно сделать так чтобы стержень не болтался в ручке. Для этого отрезается верхняя часть заглушки слой за слоем, до размера отверстия когда стержень будет свободно вращаться.

Осталось прикрепить магнит и анемометр готов. Используется неодимовый магнит размером 4x4x4 мм (неодимовый магнит большего размера плохо центрируется на головке винта и его придется приклеивать). Полюса магнита должны быть направлены радиально. Найти полюса у кубика поможет другой магнит. Если есть маркер, обязательно сделайте им метки на магните.

Чтобы крыльчатка не вылетела из ручки при сильном порыве ветра, можно примотать несколько слоев клейкой ленты до диаметра не проходящего в отверстие заглушки. Нельзя мотать слишком много слоев чтобы не было задевания ручки при вращении.

Для изготовления анемометра можно использовать ручки других типов (например «Bic Cristal»).

Чтобы снять заглушку, поместите лезвие ножа как показано на фото и надавите.

Для этой ручки нужно использовать крестик меньшего размера сделанный из квадратика размером 3/8 дюйма (9 мм).

Размер используемого винтика 2.5х6 мм (#3) (или гвоздь 1.8 мм с зазубриной).

Если нет возможности купить маленький неодимовый магнит, тогда можно использовать магниты для маркерной доски.

Гибкие магниты очень слабые и не могут быть использованы.

Зависимость частоты вращения от скорости ветра:
2 Hz — 1.5 m/s
4 Hz — 2.7 m/s
6 Hz — 3.8 m/s

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 0. 5 м/с до 3.5 м/с.
• Точность 0.5 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Вырезать прямоугольник размером 3×2 дюйма (7.6×5.1 см).

Сделать разметку на три прямоугольника шириной 1 дюйм (2.53 см).

Очень важно использовать винтик со шлицем Pozidriv (PZ). Потому что в таком шлице игла не задевает боковых стенок. Длинна винта должна быть наименьшей, чтобы магнит находился как можно ниже. На фото используется винт 2×6 мм.

После закручивания винта, «крылья» аккуратно разводятся и крыльчатки придается нужная форма.

Чтобы магнит хорошо держался на винте, нужно прикрутить еще одну гайку. Но не закручивать её.

Из-за прикрепления неодимового магнита (размером 4x4x4 мм), поднимается центр тяжести крыльчатки и она становится нестабильной на игле. Чтобы опустить цент тяжести, к ВНУТРЕННЕЙ части «крыльев» нужно приклеить грузики (используются шайбы для винта 4 мм).

Крыльчатка может крутится не только на шиле, но и на ОЧЕНЬ ХОРОШО заточенных карандашах или на швейной игле прикрепленной к карандашу. На швейной игле крыльчатка крутится лучше всего, однако такой вариант требует большой осторожности и КАТЕГОРИЧЕСКИ НЕ ПОДХОДИТ ДЛЯ ДЕТЕЙ.

Зависимость частоты вращения от скорости ветра (на механическом карандаше 0.5 мм):
1.5 Hz — 1.4 m/s
4 Hz — 2.85 m/s
6 Hz — 3.4 m/s

Предназначен для измерения скорости потока воздуха в системах вентиляции.

Технические характеристики:
• Диапазон измерения от 1.75 м/с до 3.0 м/с.
• Точность 0.2 м/с.
• Интервал обновления 2-5 сек.

Этот анемометр делается из вентилятора с подшипниками качения. Можно выбрать вентилятор любого размера, но нужно учитывать что чем меньше размер вентилятора тем меньше будет чувствительность анемометра. Здесь используется вентилятор размером 80x80x25 мм.

Чтобы вентилятор легко вращался, из него нужно вытащить кольцевой магнит.

При съёме стопорного кольца, его нужно придерживать рукой чтобы оно не улетело и не потерялось.

Чтобы вытащить кольцевой магнит, под него нужно просунуть плоскую отвертку и чуть-чуть повернуть отвертку. От этого магнит должен чуть-чуть выдвинуться. Повторяя это действие нужно РАВНОМЕРНО приподнять весь магнит.

Когда магнит поднимется до положения когда отверткой его больше не приподнять, нужно использовать винт (4×30(>30) мм).

Когда винтом магнит дальше не поднять. Магнит вероятно можно вытащить руками. Если это не так, придется подобрать другой инструмент которым можно также приподнимать магнит.

Теперь вентилятор собирается. И если не одевать стопорное кольцо, тогда вентилятор будет легче крутиться, но при этом крыльчатка может выпадать.

Зависимость частоты вращения от скорости потока воздуха:
4 Hz — 1.85 m/s
6 Hz — 2.3 m/s
8 Hz — 2.55 m/s
12 Hz — 2.7 m/s
18 Hz — 2.8 m/s

Если что-то непонятно, обязательно пишите на email.

Если приложение вылетает, приложение отправляет сообщение об ошибке (если iPhone/iPad подключен к Интернету). Сообщение об ошибке содержит номер версии iOS, какое устройство (iPhone или iPad), текст ошибки, основные настройки приложения.

Любые другие данные не собираются.

eBay: «neodymium magnet 4x4x4″

Самодельный анемометр для измерения скорости ветра

Главная

>Мой небольшой опыт

>

Анемометр — измеритель скорости ветра

Мой новый анемометр. Анемометр получился не маленький, генератор дисковый, диаметр винта 0.5 м. Анемометр горизонтального типа с шестилопастным винтом. В статье подробное описание с фото и видео

Новая статья по теме + фото и видео — Анемометр андроид + микрофон

Наконец дело дошло и до анемометра. Имея опыт изготовления уже трех ветрогенераторов я так и не знаю точно на каком ветре и сколько дают мои ветряки. Сейчас всего один ветрогенератор в строю, мой самый удачный, хотя и собранный весь » на коленке». Я примерно и представляю силу ветра и могу отличить ветер в 5 м/с от 10 м/с, но все-же хочется более точно знать скорость ветра чтобы определять мощность ветрогенератора.

Несколько дней время от времени думал из чего-же сделать анемометр, но из хлама, имеющегося дома пока ничего толкового не вырисовывалось. Нашел два маленьких моторчика от DVD плеера, но они что-то уж больно крошечные и лопасти к тонкому валу трудно придумать.

Попался мне на глаза автомобильный вентилятор, такие в грузовых авто ставят обычно. Вот его та я и замучил. Разобрал и достал моторчик. С винта сломал лопасти и осталось только основание — центральная часть, которая на вал надевается. Далее думал какие лопасти к нему приделать, пробовал и донышки пластиковых бутылок и банки консервные, но все это мне не нравилось.

Потом отыскал кусок ПВХ трубы диаметром 5см, и длинной50 см. Из нее сделал 4 лопасти, просто порезал трубу вдоль на две половинки, и половинки, каждую на две части, получилось 4 лопасти. В основании, которое осталось от родного винта просверлил 4 отверстия для крепления лопастей, так-же и в лопастях сделал 4 отверстия. Все это дело скрутил на болтики и получился четырех лопастной винт — савониус ( первая «серьезная» вертикалка ).

Ну а далее нашел провода нужной длинны, сростил метром 5 антенного кабеля и метров 8 обычного. провода сразу подсоединил чтобы замерять параметры с учетом длинны провода, так-как данные могут различаться если делать замеры на метровом проводе, или на 13 м.

Потом нашел кусок металлической трубки длинной около 80-90 см, ее изогнул буквой Z и примотал моторчик. Этой трубкой анемометр будет крепиться к мачте. Тут ничего сложного, можно использовать любой подручный материал.

Ну а далее, как собрал полностью анемометр, я его чтобы откалибровать установил на свой мотоцикл. Ниже на фото можно видеть как это сделано, все примитивно и просто. На зеркало приматах изолентой мыльтиметр, в общем кое-как все закрепил чтобы освободить руки для управления мотоциклом.

>

Этот осенний денек очень удачный из-за практически полного отсутствия ветра, что кстати и послужило быстрой сборки анемометра, не пропадать-же такому дню. На асфальт выезжать не хотелось, так-как с непонятной штуковиной спереди мотоцикла я бы привлекал к себе внимание, поэтому решил проехаться по полям вдоль лесопосадок.

Катался туда сюда и в разных направлениях и записывал в телефон показания мультиметра при разных скоростях движения. Стартовал анемометр со скорости 7 км/ч, и я постепенно откатал туда сюда на разных скоростях начиная с 10 км/ч и максимальная 40км/ч, можно было и больше, но грунтовые дороги очень не ровные и сильно не разгонишься.

>

После покатушек нарисовались вот такие данные. Мультиметр показал при 10км/с =0.06V , при 20км/ч=0.12V, при 30=0.20V, при 40км/ч=0.30V.

Потом с помощью калькулятора я высчитал показания для промежуточных значений скорости ветра.

Вольты-скорость ветра м/с.

0.06-3

0.08-4

0.10-5

0.12-6

0.16-7

0.20-8

0.23-9

0.27-10

0.30-11

0,32-12

0.34-13

0.36-14

0.38-15

Данные выше 11 м/с вычислил нарисовав на листке бумаги график роста напряжения в зависимости от скорости ветра, который плавно продолжил до 15 м/с. Этим-же днем, а точнее уже вечером установил анемометр на мачту к ветрогенератору. Опустил ветряк и примотал ниже анемометр. Трубу временно притянул на проволоку и обмотал дополнительно изолентой, получилось вроде крепко. Ну а далее поднял все это дело на место и теперь рядом с ветрогенератором на мачте теперь стоит анемометр, который стартует при 3м/с и исправно показывает скорость ветра.

>

>

Ниже на фото уже поднятый ветрогенератор с закрепленным анемометром. Более подробно я не стал фотографировать, так-как там ничего сложного нет, и повторять нечего. Анемометр собрать можно из чего угодно, из практически любого моторчика. Калибровать конечно удобнее на автомобиле. Там и комфортное, и удобнее, и спидометр точнее. Но я вот решил на мотоцикле, и тоже вроде получилось неплохо, надеюсь если спидометр и врет, то не намного.

>

Пока все, эта первая версия этого анемометра, и я думаю не последняя. А пока дождусь ветра и узнаю что дает мой ветрогенератор. Ну и дополню эту статью этими данными. А может что-нибудь придется переделывать….

Дополнение

Появился ветер и я испытал анемометр. Первые наблюдения за силой ветра и показанием амперметра генератора наглядно показали какой не постоянный ветер. Сдесь внизу, так-как мачта немвысокая, он состоит в основном из коротких порывов, длительность которых не привышает двух трех секунд, и за несколько секунд ветер может меняться в больших пределах.

Не нагруженый ничем винт анемометра резко реагирует на каждый порыв и изменение скорости ветра. А нагруженый винт этого ветрогенератора все-таки запаздывает в реакциях, и из-за этого не синхронные данные в показаниях. Сегодня ветер 3-7 м/с, анемометр правда ловил пару порывов до 10м/с, но они длились менее секунды и ветрогенератор просто не упевал на них реагировать.

Спустя некоторое время наблюдений нарисовались некоторые средние значения силы тока от ветрогенератора при определенном ветре. Стартует винт с 3,5-4 м/с, зарядка 0.5А на 4м/с, 1А на 5м/с, 2,5А на 6м/с, 4А на 7м/с, 5А на 8м/с. Эти данные усредненные, так-как амперметр аналоговый стот, и я могу ошибаться до 0. 5А в показаниях силы тока от ветрогенератора.

>

По теме: Анемометр — андроид + микрофон

Самодельный анемомертр из андроид устройства, программы «анемометр», и микрофона. Описание с фотографиями, и видео работы анемометра

Изготовление ультразвукового анемометра | Встроенная лаборатория

Анемометр — обычный прибор на метеостанции. Он используется для измерения скорости и направления ветра. В наиболее распространенном типе анемометров используются механические датчики, состоящие из трех или четырех полусферических чашек, закрепленных на горизонтальных рычагах на вертикальном стержне. Когда дует ветер, чашки толкаются, заставляя рычаги вращаться со скоростью, пропорциональной скорости ветра. Кроме того, флюгер, соединенный с анемометром, может определять направление. Хотя чашечные и крыльчатые анемометры очень популярны из-за их очень простой конструкции, они могут быть уязвимы в холодных и влажных условиях из-за их механических вращающихся частей, что может привести к остановке работы турбины в экстремальных условиях. Ультразвуковые анемометры, не имеющие движущихся частей, более надежны, не требуют обслуживания, долговечны и могут работать в сложных погодных условиях. В этой статье мы рассмотрим основной принцип работы ультразвукового анемометра и обсудим некоторые самодельные версии ультразвуковых анемометров, о которых производители сообщили в Интернете.

Принцип работы ультразвукового датчика ветра

Типичный ультразвуковой анемометр состоит из 2 пар ультразвуковых преобразователей, установленных под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке ниже. Каждый датчик способен передавать и принимать ультразвуковые импульсы. Физическое расстояние между датчиками, обращенными друг к другу, фиксировано и известно. Во время работы время, необходимое ультразвуковому импульсу звука для прохождения от северного (N) преобразователя к южному (S) преобразователю, сравнивается со временем прохождения импульса от преобразователя S до преобразователя N. Если бы не дул ветер, два времени должны точно совпадать. В противном случае звуковая волна, распространяющаяся по ветру, должна прийти раньше, чем звук, распространяющийся против него. Например, если ветер дует в сторону севера, время в пути с севера на юг будет больше по сравнению со временем в пути с юга на север. Разница во времени полета может дать относительную скорость ветра вдоль оси ю.ш. Точно так же время полета также сравнивается в направлениях восток-запад и запад-восток для расчета скорости ветра по оси восточно-западного направления. Затем два прямоугольных компонента скорости ветра объединяются для вычисления вектора ветра с результирующей суммой и углом скорости ветра. Расположение датчика, показанное ниже, дает только горизонтальную скорость ветра. Измерение скорости ветра в трех измерениях также требует расположения датчиков в вертикальном направлении.

Базовая схема ультразвукового анемометра (Источник: http://gillinstruments.com/products/anemometer/principleofoperation2.html)

Самодельные ультразвуковые датчики ветра популярный выбор для самодельных анемометров.

Есть также несколько ресурсов, доступных в Интернете, чтобы сделать ультразвуковые анемометры. Самый старый отчет, который мне удалось найти в Интернете, относится к Hardy Lau (Германия). Он сделал два разных прототипа ультразвуковых анемометров. Его первая конструкция состояла из четырех ультразвуковых преобразователей, предназначенных для выполнения измерений в двух ортогональных направлениях, как мы обсуждали выше. Расстояние между противоположными преобразователями составляет примерно 21 см. Он способен измерять горизонтальные составляющие скорости ветра (до 45 м/с с разрешением 0,05 м/с) и направление ветра с разрешением 1 градус. В конструкции реализован механизм нагрева, использующий четыре силовых транзистора BD743 и фиктивные резистивные нагрузки для нагрева датчиков и металлического корпуса в экстремальных зимних условиях, чтобы гарантировать, что на работу датчика не повлияют снегопад и возможное образование льда. Процессор Microchip dsPIC 30F4012 используется для выполнения всех функций управления и вычислительных задач, связанных с обработкой выходных сигналов датчика. Данные о скорости и направлении ветра доступны для регистрации через последовательный интерфейс.

Самодельные ультразвуковые анемометры Харди Лау

Его второй прототип имеет более совершенную и аэродинамически более благоприятную конструкцию с минимальным вмешательством ветра, что приводит к меньшей турбулентности. Преобразователи, обращенные друг к другу, попеременно отправляют и принимают ультразвуковые импульсы друг к другу через верхнюю звукоотражающую пластину и обрабатываются процессором dsPIC33FJ128MC802. Подробную информацию о проекте см. на странице Анемометр Харди Лау, стр. 9.0014 .

Плата управления Hardy Lou

Еще один успешный самодельный ультразвуковой анемометр от Carl47. Его конструкция датчика похожа на первую версию Харди Лу. Carl47 реализовал метод фазового сдвига для точного измерения времени полета и использует Atmega328 для обработки данных датчиков. Вы можете скачать полный отчет о проекте по следующей ссылке.

https://mysudoku.googlecode.com/files/UltrasonicAnemometer.zip

Самый последний дизайн ультразвукового анемометра, сделанный своими руками, опубликованный в Интернете, разработан Лукасом Фасслером из припой . У него есть серия сообщений о своем проекте анемометра, доступ к которым можно получить здесь:

Ultrasonic Anemometer

Чувствительная часть очень похожа на две предыдущие конструкции, которые мы обсуждали. Но Лукас разработал для своей установки несколько разных плат управления. У него есть один в виде щита Arduino и еще один в виде отдельной платы с процессором PIC32. Он даже построил крошечную аэродинамическую трубу, используя вентилятор с бесщеточным двигателем для тестирования своего датчика. Стоит прочитать его серию руководств по созданию ультразвукового анемометра.

Установка ультразвукового анемометра Лукаса Фасслера

Автономный контроллер ультразвукового анемометра Лукаса на базе PIC32

Если вам известны какие-либо другие ресурсы по ультразвуковым анемометрам, сделанным своими руками, сообщите нам об этом. Вы можете написать нам по адресу admin (at) embedded-lab.com.

Похожие сообщения

Простой звуковой анемометр #DIY — Электроника и фотография своими руками

2020-04-29 23.03.2020 от td0g

Измерение расхода воздуха — легко

Звуковой анемометр — это устройство, которое измеряет скорость воздуха с помощью звука. Динамик на одном конце устройства издает «пинг», а датчик ожидает его прибытия. Если воздух не движется, то задержка между «пингованием» и «приемом» всегда одинакова (вроде бы).

Если воздух движется от датчика к излучателю, то задержка увеличивается, так как пинг идет вверх по течению. И наоборот, если воздух движется от излучателя к датчику, то задержка становится короче, так как пинг проходит вниз по течению.

Я построил этот анемометр для измерения скорости воздушного потока различных небольших вентиляторов.

Ингредиенты

Все, что вам нужно, это Arduino, ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04, кусок трубы из ПВХ диаметром 3/4 дюйма и 3D-принтер. Файл для 3D-печати и прошивка доступны на Github.

3D-печать звукового анемометра заканчивается дважды. Возьмите HC-SR04 и удалите передатчик и эмиттеры. Поместите их внутрь напечатанных на 3D-принтере концов и соедините их обратно с HC-SR04 очень тонким проводом (калибр 22 или легче). Сделанный!

Код Arduino

Я написал немного кода Arduino для теста. Его точность составляет доли микросекунды (что лучше, чем встроенная функция micros() в Arduino). Обратите внимание, что это проверено только на Arduino Uno. Подключите контакт TRIG к контакту 2 Arduino, а контакт ECHO к контакту 3 Arduino.

Насколько он чувствителен?

Я провел эксперимент, чтобы проверить, насколько чувствителен инструмент. Скорее, мои дети (6M, 4F) и я провели тест.

Мы взяли пустую банку из-под краски и прикрепили к крышке анемометр. Далее мы просверлили небольшое отверстие в дне банки и наполнили банку известным объемом воды. Мы использовали секундомер, чтобы определить, сколько времени потребовалось, чтобы вода закончилась, и отслеживали время отклика анемометра. После каждого теста мы увеличивали/добавляли больше отверстий на дно банки с краской.

Тестовая установкаЗвуковой анемометр крепится на крышке банки с краскойНижняя сторона крышкиДобавляются отверстия в банке с краской

Напишу немного о работе с детьми. Мой мальчик отвечал за секундомер. Для него это была хорошая работа — ребенок хорошо справляется с техническими задачами (такими как запуск, остановка, сброс секундомера), но общение для него немного сложнее. Мы должны были работать в команде, и он должен был сообщить нам, если он не был готов — или если он случайно включил секундомер раньше, и нам нужно было подождать! Все началось грубо, но к концу нашего тестирования он отлично справлялся со своей работой.

Моя девушка справилась с инструментом и даже смогла сама просверлить несколько небольших отверстий. Я помогал с большими отверстиями, так как дрель захватывала пластиковую банку с краской. Ей также нравится быть ответственной, и поэтому ей поручили руководить началом каждого теста. Для нее это было отличной практикой, так как иногда она путала нас необычной стартовой последовательностью (Три! Два! Один! ………..(долгая задержка)……Старт!). Какая замечательная практика для нее!

Несколько вещей пошли не по плану, что всегда ожидается. Моей основной целью было дать детям возможность провести инженерное тестирование, и, надеюсь, в процессе мы получили полезные данные. Я думаю, что мы преуспели на обоих фронтах!

Результаты

Результаты теста записал мой сын. Данные были немного запутаны, а числа округлены в широких пределах. У меня были небольшие трудности с переносом их в электронную таблицу…

Вот более разборчивый график зависимости среднего расхода воздуха от расчетной скорости воздуха. Вы можете видеть, что более низкие воздушные скорости действительно плохо измеряются, но это улучшается с более высокими воздушными скоростями. Мы остановились на скорости около 750 мл/с из-за ограничений дизайна теста. Если я придумаю лучший способ тестирования, я обновлю этот пост новыми данными!

Вот формула, используемая для преобразования времени пинга в скорость передачи данных: airSpeed ​​= (pingMeasured – pingBaseline) / pingMeasured * speedOfSound

Делаем это модно!

Поскольку я, вероятно, захочу использовать анемометр без подключенного Arduino, я спроектировал и построил контроллер на основе ATINY85. В настоящее время ATTINY85 использует встроенную тактовую частоту 1 МГц, но я могу использовать высоковольтный программатор, чтобы изменить ее на встроенную тактовую частоту 8 МГц. Посмотрим, насколько удобно будет пользоваться устройством.

Я разработал плату управления в KiCad и вытравил плату на фрезерном станке для печатных плат. Дисплей представляет собой 7-сегментный дисплей на базе TM1637. У меня есть прошивка и файлы дизайна на Github.

Контроллер имеет три кнопки, но не так много функций.