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超音波風向風速計

初出:2012年11月17日 元々のブログ・コンテンツへのリンク
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Twitter で、飛行機(ウルトラライトプレーン)やロケット(ペットボトルロケット等)を飛ばす時、風向風速を自動で測れる装置があれば良いなって、話題が出た。
その時、「マイクだけで良いかも」と言う意見も出た。
確かに笛のような仕組みで風で音が鳴るようにしておけば、風速で音程とか音量が変わるようにしておけば、風向風速を測る事ができる。問題は、風の強さで音程とか音量が変わる「笛」を作る方だ。

と、他に良い方法が無いかと考えていたら、秋葉原の秋月電子で、 300円で売っている超音波センサー を3セット使えば、風向風速を測るアイデアが思い付いた。
これは良いアイデアかと思ったが、他に同じような事を考えている人も居るかと思って、ネットで「超音波」「風向風速計」と言うキーワードで検索してみた。
すると出るわ出るわ、いっぱい出てきた。聞けば、超音波風向風速計は東京オリンピックの頃に実用化されたらしい。なんだ、50年近く出遅れたか・・・

とは言え、この辺の超音波風向風速計は買えば80万円くらいするらしい。
でも、今の技術なら、数千円くらいで自作できそうな気がする。

それが、イラストに描いたブロック図。普段、 自作デジタルオーディオプレーヤー に使っているSTM32F4を使う。STM32F4の ADC は 3チャンネルで最速0.25μsでサンプリングできる。これに超音波センサー受信部からの信号を直接入れて、3つの入力波形の位相を比較する。
超音波送信部から出た音は、10〜30センチほど離れた場所に三角形状に置かれた受信部に届くが、この時、風下にある受信部に早く、風上にある受信部には遅く届く。この時間差を測定して風向風速を計算するのだ。
ちなみに、音速は340m/sなので、40kHzの波長は、8.5mm。送信部と受信部の距離を34センチとすると、風速1m/sの精度で風速を測るには、1mmの精度で測定する必要がある(送信部と受信部のなす角に依存する)が、STM32F4の高速ADCなら、受信波形の位相差を測定することで何とかなりそうだ。
後は、STM32F4で計算するだけ。三角関数でも何でも使えるからOKだ。
測定した風向風速は、SDカードに記録したり、Bluetoothや無線LANでスマホやパソコンにデータを送る事ができる。


どうせ作るなら、格好良くしたい。考えたのが、2つ目のイラスト。でも、あんまり格好よくないな。
ネットで検索すると、 これ とか これ とか格好良いものがいっぱいある。
もっと格好良いデザインがあったら、教えて!
ちなみに、水平方向の風向風速なら、送信部1つに受信部3つで良いが、垂直方向まで測定するときは、送信部3つに受信部3つとなる。

と、ここまで細かく書いたのは、誰か作るの手伝ってくれないかなぁ・・ってこと。私も色々作っているので、時間もないし。

つまり、オープンハードで開発したいのだ。元々、アイデアは、東京オリンピックの頃から実用化されているくらいだから、特許等の問題もない。
格好良いデザインもだけど、ハードやソフトで手伝って、その上、オープンソース・オープンハードで公開することに協力してくれる人求む。
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