Development of Ultrasonic Anemometer Using HC-SR04 with Kalman Filter Based on Microcontroller Integrated IoT

Abstract

Measurement of wind speed using an anemometer is very important in various fields. The most effective and efficient type of anemometer is the ultrasonic anemometer. This research develops an Arduino-based ultrasonic anemometer using the HC-SR04 sensor with a Kalman filter to reduce noise and integrated IoT with the Blynk application on a smartphone. The advantage of ultrasonic anemometer is not having analog signal conditioning and analog filters, thereby reducing the possibility of having noise, low cost, and can be monitored remotely. The ultrasonic anemometer has been calibrated on the wind tunnel and has a measurement resolution of 0.10 m/s and a measurement error of 0.14 m/s.

Diseño y construcción de un anemómetro ultrasónico de bajo costo utilizando tecnología IoT

“…En esta sección se describe el desarrollo para realizar el prototipo de anemómetro ultrasónico describiendo paso a paso el proceso desde su planteamiento hasta el diseño final. Se comienza por comprender el funcionamiento matemático que desarrolla un anemómetro, utilizando tecnología de ultrasonido (Adi Kuncara et al, 2020), listar y describir los componentes necesarios para formar el instrumento y su funcionamiento en conjunto. Se incluye una descripción de alternativas para realizar registro, almacenamiento, comunicación y presentación de datos una vez desarrollado el instrumento.…”

“…Posicionamiento sensores de transmisión Tx y recepción Rx para formar arreglo de anemómetro ultrasónico(Adi Kuncara et al, 2020) Donde V A y V B es la velocidad de transmisión hacia el Este y Oeste respectivamente en la Figura 2, T of1 + sería el tiempo de vuelo de la onda ultrasónica con viento a favor, T of 1 el tiempo de vuelo de la onda ultrasónica con viento en contra, «c» es la velocidad del ultrasonido, «d» es la distancia entre transductores y v 1 es la velocidad del fluido en movimiento, viento en este caso. Al restar las ecuaciones 10 y 11 entre sí se obtiene la velocidad del viento despejando para v 1 .…”

“…Los anemómetros ultrasónicos comerciales que se han desarrollado son del tipo bidimensional y tridimensional, con brazos que sobresalen del cuerpo principal y terminaciones con sensores de ultrasonido formando ejes de trayectoria ultrasónica. Estos equipos basan su funcionamiento en el tiempo que la onda toma al salir del transductor emisor hasta llegar al receptor del lado opuesto, siendo el resultado, tiempo de vuelo de onda o Tof (Time of flight) (Adi Kuncara et al, 2020). Los modelos más modernos utilizan este mismo método con varias adiciones para mejorar la precisión y diseños más compactos (Hunan Rika Electronic Tech Co., 2020).…”

“…Este proyecto por tanto consiste en el diseño y construcción de un prototipo de anemómetro ultrasónico que realice las mismas tareas que un anemómetro convencional (Figura 1). En su mayoría, los proyectos de anemómetros ultrasónicos consultados utilizan la técnica de tiempo de vuelo para realizar mediciones, ya sea formando ejes horizontales (Adi Kuncara et al, 2020) (Abdul Haseeb & Raja Asim, 2019) o mediante resonancia del ultrasonido (Itrium, 2020). Se realizó el diseño del prototipo basado en los modelos de ejes por poseer Anemómetro ultrasónico 2D comercial (Alba Ambiente S.A., s.f.…”