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准确的天气预报仍然是一个开放的科学问题。

 

传统上,自动气象站AWS)可以使用固态传感器轻松监控温度,压力和湿度,但风和降水通常涉及机械部件,实现稳健性 / 可靠性的成本较高,定期维护和繁琐的安装。 它们的成本从几百美元到几千美元,并且由于所需 SIM 卡的 GSM / 3G 数据计划,通常会带来额外的运行费用。

 

因此,只有在大城市才能找到天气爱好者,大学等部署的公共 AWS,世界上大多数农村 / 贫困地区根本没有地面天气数据 - 这通常是他们最需要的地方。

 

即使在拥有大量 AWS 的大城市,也没有足够的天气数据来提供现代气象服务,例如实时降雨雷达超级本地天气警报和临近预报。 这些服务所需的数据传统上需要多普勒天气雷达,由于其成本极高而很少部署。

 

另一种方法是部署大量低成本的自动气象站,并提供数据,以便实现新的创新气象服务。 这些 AWS 必须具有可笑的低成本和免维护,以便在缺乏实际天气数据的区域大量部署。

 

 

天气金字塔
我提出了一种与传统气象站竞争的低成本解决方案; 免维护,能源自主,固态(无移动部件)、紧凑、易于安装且具有成本效益的互联网连接天气监测设备。

 

 

惯性传感器用于跟踪整个单元的运动,因为它可以从系绳自由摆动,以估计风的强度和方向。 当与适当的外壳形状结合时,风对单元的运动具有独特的影响,因此可以从运动数据中提取对风速和方向的粗略估计。 由于风而从系绳自由摆动的天气金字塔可以在 2D 中建模为钟摆受到来自气流的额外力。 从平衡摆的角度位移取决于气流速度和给定质量的空气动力学特性。

 

低成本的 6 轴 IMU(如 InvenSense MPU-6050)将用于实现所提出的风测量技术。 根据初步估计和测试,栓系 WP 模拟为摆锤,由于 0 - 12 Beaufort 刻度风分别加速到 0 - 3g,而两个连续 Beaufort 数的最小差异为 2.02mg。 ±2g - ±16g 加速度计范围,2 mg / LSB 灵敏度@±4g 和±250°/ s - ±2000°/ s 陀螺仪范围,17.50mdps / 位灵敏度@±250°/ s 符合 wPyramid 态度的要求由风效应测量。 建议应用的传感器数据采样率定义为@ 1Hz,满足风速和风向测量的项目范围。

 

 

此外,通过在外壳内侧使用电容式触摸传感器技术,还可以在没有机械部件的情况下测量降雨强度。 通过在多点触摸 MCU(MPR121 或 ESP32 能力)上连接适当的内部线栅,设备可以“测量”外壳表面上的水滴数量,并估算雨强度。

 

通信方式天气金字塔可以通过 TheThingsNetwork 的开放 LoRaWAN 基础设施连接到互联网,或者使用其他 LPWAN 技术,如 NB-IOT,SIGFOX 等。

 

外壳设计和材料选择将以所使用的传感器和太阳能电池板的效率以及 DIY 大规模生产的可制造性为目标,同时在紧凑的解决方案中确保令人愉悦的美学效果。 设计基于三角形金字塔形状~20 厘米 x 17 厘米 x 12 厘米进行 3D 打印。

 

器件:


 

如果你对这个项目感兴趣,想获取完整信息请访问:

https://hackaday.io/project/153208-weather-pyramid

 

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