Fail: Ultraschall-Anemometer

Ich will ja eine kleine Wetterstation. Mit Temperatur, Luftfeuchte, Regenmenge, Luftfeuchte und natürlich auch Windgeschwindigkeit und -richtung. Die übliche Herangehensweise ist ein irgendwie geartetes Anemometer, meist mit sich drehenden ‚cups‘. Es gibt noch verschiedene andere Varianten, u.a. auch eine, die die Laufzeit eines Ultraschallsignals über eine feste Strecke im Wind misst (Ultraschallanemometer). Das erschien mir doch recht interessant.

Auf ebay gibts diese SRF04-Boards für unter 5€. Eigentlich sind sie dafür gedacht, die Entfernung zu einem Gegenstand oder Wand etc. per Ultraschall zu messen.
Ich habe also den verwendeten mask-rom µC des SRF04 entfernt und an die verbleibende Elektronik einen ‚Arudino‘ angeschlossen (diese Nano-Clones von ebay sind immer recht praktisch fürs rapid prototyping und man ist keine 20€ los, wenn der ‚magic smoke‘ entweicht).

Der Arduino erzeugt also die 44kHz für die Ultraschallsensoren (für ein paar µs) und wartet dann 100ms bis der Zyklus wieder von vorn beginnt. Die Windgeschwindigkeit ergibt sich dann aus der Differenz der Laufzeit zwischen vor- und rücklaufendem Signal und der Schallgeschwindigkeit (sowie Temperatur etc.).
Die Transducer habe ich in 3D-Gedruckten (PETG) Haltern in einer Küchenpapier-Rolle montiert, zusätzlich befindet sich an einem Ende ein kleiner (5V) Lüfter:
Detail der Lüfter-Montierung:

lightboxErgebnisse:

Hier das empfangene Signal direkt aus dem Vorverstärker (CH2, Cyan), getriggert auf der ersten Flanke des TX-Signals:

Sieht vielverstpärechend aus. Setzt man jetzt einen Cursor an eine Flanke des Signals bei 0m/s Wind…

lightbox…und den anderen bei 240% Wind (5V Lüfter betrieben mit 12(!)V)…

lightbox…so zeigt sich dass zwischen 0 Wind und #Orkan 5,4µs liegen (zumindest auf der Länge einer Küchenpapierrolle). Die Windgeschwindigkeit im Versuchsaufbau war durchaus nicht zu unterschätzen und dürfte tatsächlich durchaus Orkanstärke erreicht haben.

Mit dem weiterhin verbundenen Aufwand (IO-Mux, Vorverstärker etc. etc.) macht es nicht wirklich Sinn, das zu vertiefen. Es gibt noch eine Variante mit stehenden Ultraschallwellen; vielleicht baue ich sowas mal… 😉

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