Введение 5
ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О АНЕМОМЕТРАХ 7
1.1. Анемометр. Основные сведения 7
1.2. Чашечный анемометр 8
1.3. Крыльчатый (лопастной) анемометр 9
1.4. Ультразвуковые анемометры 11
1.5. Область применения анемометров 12
1.6. Существующие аналоги ультразвуковых анемометров: 13
1.6.1. LA-16461.XX 13
1.6.2. МПВ-702.1647 14
ГЛАВА 2. ВЫБОР И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНЕМОМЕТРА
17
2.2. Общее описание устройства 17
2.3. Модуль ультразвукового дальномера HC-SR04 для Arduino 19
2.4. Texas Instruments 23
2.5. Микроконтроллер CC2640R2 24
ГЛАВА 3. ПРОГРАМНАЯ ЧАСТЬ 27
3.1. Математический способ расчет скорости звука для ультразвукового
анемометра 27
3.1.1. Вывод формул для ультразвукового анемометра 27
3.1.2. Метод измерения скорости 29
3.2. Беспроводные сети и интерфейсы 29
3.3. BLE - маячок 30
3.4. Средства разработки и отладки 33
3.5. Программная часть 33
3.5. Проектирование устройства 34
3.6 Практическое использование 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 40
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 43
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 44
В настоящее время развитие метеорологии вышло на новый уровень. Изучение погодных явлений теперь осуществляется не только на метеорологических станциях, но и обыкновенных условиях. Этому способствовало развитие гражданской науки. Она основывается на проведение научных исследований, экспериментов в различных научных областях, участниками которых становятся добровольцы, многие из которых даже не имеют научного образования и серьезной подготовки.
Гражданская наука предполагает собой участие в опросах, тестирование оборудования, но и то, что участник сам занимается научной работой в том или ином виде. Так с помощью смартфона или планшета он может определять, например, характеристики различных метеорологических явлений. В большинстве случаев для этого необходимо установить специальную программу, которая бы запускала вычисления, обрабатывала массивы данных, которые поступают на устройства. Для получения этих данных необязательно использовать дорогостоящие оборудование, которое используют профессионалы. Большое количество оборудования создается в домашних условиях, тем самым снижает стоимость и увеличивает его доступность.
В прогнозировании погоды определение скорости и направления ветра является одним их важных условий, не только в научной деятельности, но и в обычной жизни. Так, например, в службах при аэропортах, в военной деятельности, в метро и даже в некоторых видах спортивной деятельности, где учитывается скорость ветра. Наиболее эффективным и точным способом определения скорости, является использование анемометра.
Анемометр предназначен для определения скорости передвижения воздуха, а также его направления. Современные модели способны дополнительно определять давление и температуру воздуха. В настоящее время существует несколько видов анемометров. Свой выбор я остановила на ультразвуковом анемометре, который определяет скорость ветра через проведение замеров скорости звука, которая меняется в зависимости от направления воздушного потока.
Таким образом, целью моей дипломной работы является проектирование и реализация ультразвукового анемометра скорости и направления ветра.
Задачи дипломной работы заключаются в том, чтобы спроектировать и затем изготовить ультразвуковой анемометр, который будет способен определять скорость и направление ветра в реальном времени, а также организовать передачу полученных данных с анемометра с помощью Bluetooth.
В связи с активным развитием сельского хозяйства на территории Алтайского края, для фермерских хозяйств необходимы современные устройства, способные определять погодные условия, влияющие на урожай, в режиме реального времени. Так данные собранные с анемометров, позволяют составить статистику, которую можно использовать в дальнейшее для улучшения производительности. Следовательно, актуальностью данного датчика является не только использование ультразвукового анемометра в гражданской науке, но и в сельском хозяйстве, военной метеорологии, научных исследованиях и наблюдениях.
В ходе написания дипломной работы были подробно изучены все типы существующих анемометров, их принципов работы. Выбор анемометра был остановлен на ультразвуковом анемометре, так как данный тип является наиболее современным. Дополнительно он может рассчитывать значения температуры, влажности, атмосферного давления, которые также оказывают влияние на скорость. Был проведен сравнительный анализ характеристик представленных на рынке ультразвуковых анемометров, что позволило определить необходимые технические характеристики для разрабатываемого анемометра.
При проектировании работы была определена структурная схема анемометра. Определены компоненты, из которых он состоит (2 пары ультразвуковых датчиков НС-8К04, отладочная плата LAUNd IXL- СС2604К2). Корпус выполнен из пластика и защищен от внешних воздействий. Датчики расположены перпендикулярно друг другу, на одном уровне, что позволило обеспечить большую точность полученных данных.
Программная часть написана с помощью диалекта языка
программирования С++. С помощью встроенных библиотек была
организована передача данных. Она осуществляется с помощью метода BLE - маячка, что позволяет получать актуальные данные в режиме реального времени.
В результате все поставленные задачи были выполнены. Работоспособность ультразвукового датчика была проверена в ходе эксперимента, в результате которого были получены характеристики потока воздушных масс, проходящих через устройство.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
