在线数字气象站是一种跨学科主题学习案例,通过物联网环境下的数字传感器和人工智能等技术,为学生提供更准确、详细的天气数据和预报。设计在线数字气象站的主要目的是培养学生分析数据、提取信息和数据管理的能力。然而市面上的产品价格昂贵且无法移动测量,设备多为成品无法拆解学习,且数据存储需要依赖网络。
针对上述存在的问题,本文介绍一款采用开源硬件行空板和DFRobot Gravity: I2C BME680环境传感器方案来设计一款低成本移动数字气象站。行空板搭建气象站,携带方便,满足移动采集需求;再次,行空板、BME680只是模块,满足了学习者对气象站项目设计、制作、开发、测试整体过程;最后,内置SIOT服务,可部署本地化数据服务器,采集数据导出方便。
本项目作品具备功能如下:
1、数据采集本地化:移动数字气象站是在行空板上开设Siot服务,并以热点方式运行,采集数据全部存储于该行空板本地。
2、数据采集移动化:由于成本低廉,体积小巧,便于携带,可实现多个移动数字气象站同时,多地采集数据。
3、数据共享网络化:对于已经采集相关数据的气象站,可与多块行空板互联,从而实现采集本地化,数据共享网络化。
4、数据呈现图形化;Mind+青少年编程软件提供了数据可视化组件,使用者自己可定制个性化的数据图形化组件。
5、项目制作过程化:由于使用的是开源硬件行空板作为主控,采用BME680传感器(温室、湿度、气压、海拔),使用者即可体验气象装置制作过程,又可使用该装置完成相关数据的采集。
硬件材料:
1、行空板 x1
2、DFRobot Gravity: I2C BME680环境传感器 (温度、湿度、气压) x1
3、充电宝 x1
4、M3*10铜柱螺丝10套
5、M3*12圆头内六角螺丝 10套
6、雅格丽板
电路连接:
行空板IIC口连接BME680传感器。
制作过程
一.环境部署
步骤一:配置行空板
由于课堂教学中,教师想让学生能够拿着移动气象站去实地采集气象数据,对于没有无线覆盖的区域采集数据比较麻烦。为此采用开启行空板热点的方式。当启动时,会显示板子的热点名称及密码,其他设备可搜索此热点并连接板子,此时板子固定IP为10.1.2.3.
步骤二:开启SIoT服务
行空板中自带SIoT服务,进入系统后,点击“应用开关”连接,进入SIoT开关界面,确认SIoT服务启用,否则采集的数据无法上传,如下图所示行空板已经开启SIoT服务。进入SIoT服务后,新建“温度”、“湿度”、“气压”、“海拔”四个主题。
二、编程设置
编程使用的是Mind+图形化编程软件+行空板完成上述任务。
步骤一:环境部署
打开Mind+图形化编程软件进入后,将其切换至“python”模式。
鼠标点击左下角“扩展”按钮,在官方库页面中添加“行空板”和“MQTT-py”库,在pinpong库页面中添加“pinpong初始化”和“BME680环境传感器”库。
步骤二、编写程序
程序初始化(服务器设置和采集界面设置)
主程序部分:主程序部分在屏幕上显示实时采集的“温度”、“湿度”、“气压”、“海拔”等数据,并同时将数据发送SIoT服务器端。
三、烧录程序
使用USB线连接电脑USB口,等待行空板开机完成后点击10.1.2.3(无线连接时也可输入板子的IP地址连接),连接成功后,Mind+的终端即相当于行空板的终端,点击运行,Mind+会将Python代码发送到行空板上运行
四、制作结构
使用了LaserMaker为移动气象站设计了一个轻量化简单的结构,整体结构设计如下图13所示.,其主要目的固定行空板、BME680和充电宝,使得携带更加便利。
五、WEB端制作
打开Mind+编程软件进入后,点击“可视化组件”,新建文件命名为“移动气象站”。
六、测试运行
通过低成本移动数字气象站的设计和搭建,学生可以在实践中培养信息处理和管理能力。他们还可以学习如何分析气象数据、提取有用的信息,并将其应用于天气预报和其他相关领域。此外,学生还可以通过拆解行空板和BME680传感器模块来了解其工作原理,深入学习气象站的项目设计、制作、开发和测试过程。
关于“低成本移动数字气象站”详细实现过程,请访问DF创客社区了解更多。
上海智位机器人
上海智位机器人成立于2010年,是全球领先的从事开源硬件、机器人产品和科创教育的高科技企业,打造了DFRobot、蘑菇云科创教育等品牌,是国内最早的创客理念引入者和倡导者,创客教育的开拓者和引领者。旗下拥有中国最大的线上DF创客社区和国家级创客空间——蘑菇云创客空间,提供丰富的线上和线下学习资源,构建了一个自由、开放和富于创造力的交流空间。其Gravity产品已被全球超过100万开发者选用。合作伙伴包括微软、英特尔、Autodesk、霍尼韦尔、NASA、MIT等知名厂商和机构。
审核编辑 黄宇
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