隨行低成本移動數(shù)字氣象站助力學(xué)生培養(yǎng)信息處理與管理能力

在線數(shù)字氣象站是一種跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)案例，通過物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)字傳感器和人工智能等技術(shù)，為學(xué)生提供更準(zhǔn)確、詳細(xì)的天氣數(shù)據(jù)和預(yù)報。設(shè)計在線數(shù)字氣象站的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)、提取信息和數(shù)據(jù)管理的能力。然而市面上的產(chǎn)品價格昂貴且無法移動測量，設(shè)備多為成品無法拆解學(xué)習(xí)，且數(shù)據(jù)存儲需要依賴網(wǎng)絡(luò)。

針對上述存在的問題，本文介紹一款采用開源硬件行空板和DFRobot Gravity: I2C BME680環(huán)境傳感器方案來設(shè)計一款低成本移動數(shù)字氣象站。行空板搭建氣象站，攜帶方便，滿足移動采集需求；再次，行空板、BME680只是模塊，滿足了學(xué)習(xí)者對氣象站項目設(shè)計、制作、開發(fā)、測試整體過程；最后，內(nèi)置SIOT服務(wù)，可部署本地化數(shù)據(jù)服務(wù)器，采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出方便。

本項目作品具備功能如下：

1、數(shù)據(jù)采集本地化：移動數(shù)字氣象站是在行空板上開設(shè)Siot服務(wù)，并以熱點(diǎn)方式運(yùn)行，采集數(shù)據(jù)全部存儲于該行空板本地。

2、數(shù)據(jù)采集移動化：由于成本低廉，體積小巧，便于攜帶，可實現(xiàn)多個移動數(shù)字氣象站同時，多地采集數(shù)據(jù)。

3、數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)化：對于已經(jīng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)的氣象站，可與多塊行空板互聯(lián)，從而實現(xiàn)采集本地化，數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)化。

4、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)圖形化；Mind+青少年編程軟件提供了數(shù)據(jù)可視化組件，使用者自己可定制個性化的數(shù)據(jù)圖形化組件。

5、項目制作過程化：由于使用的是開源硬件行空板作為主控，采用BME680傳感器（溫室、濕度、氣壓、海拔），使用者即可體驗氣象裝置制作過程，又可使用該裝置完成相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。

硬件材料：

1、行空板 x1

2、DFRobot Gravity: I2C BME680環(huán)境傳感器 (溫度、濕度、氣壓) x1

3、充電寶 x1

4、M3*10銅柱螺絲10套

5、M3*12圓頭內(nèi)六角螺絲 10套

6、雅格麗板

電路連接：

行空板IIC口連接BME680傳感器。

制作過程

一．環(huán)境部署

步驟一：配置行空板

由于課堂教學(xué)中，教師想讓學(xué)生能夠拿著移動氣象站去實地采集氣象數(shù)據(jù)，對于沒有無線覆蓋的區(qū)域采集數(shù)據(jù)比較麻煩。為此采用開啟行空板熱點(diǎn)的方式。當(dāng)啟動時，會顯示板子的熱點(diǎn)名稱及密碼，其他設(shè)備可搜索此熱點(diǎn)并連接板子，此時板子固定IP為10.1.2.3.

步驟二：開啟SIoT服務(wù)

行空板中自帶SIoT服務(wù)，進(jìn)入系統(tǒng)后，點(diǎn)擊“應(yīng)用開關(guān)”連接，進(jìn)入SIoT開關(guān)界面，確認(rèn)SIoT服務(wù)啟用，否則采集的數(shù)據(jù)無法上傳，如下圖所示行空板已經(jīng)開啟SIoT服務(wù)。進(jìn)入SIoT服務(wù)后，新建“溫度”、“濕度”、“氣壓”、“海拔”四個主題。

二、編程設(shè)置

編程使用的是Mind+圖形化編程軟件+行空板完成上述任務(wù)。

步驟一：環(huán)境部署

打開Mind+圖形化編程軟件進(jìn)入后，將其切換至“python”模式。

鼠標(biāo)點(diǎn)擊左下角“擴(kuò)展”按鈕，在官方庫頁面中添加“行空板”和“MQTT-py”庫，在pinpong庫頁面中添加“pinpong初始化”和“BME680環(huán)境傳感器”庫。

步驟二、編寫程序

程序初始化（服務(wù)器設(shè)置和采集界面設(shè)置）

主程序部分：主程序部分在屏幕上顯示實時采集的“溫度”、“濕度”、“氣壓”、“海拔”等數(shù)據(jù)，并同時將數(shù)據(jù)發(fā)送SIoT服務(wù)器端。

三、燒錄程序

使用USB線連接電腦USB口，等待行空板開機(jī)完成后點(diǎn)擊10.1.2.3（無線連接時也可輸入板子的IP地址連接），連接成功后，Mind+的終端即相當(dāng)于行空板的終端，點(diǎn)擊運(yùn)行，Mind+會將Python代碼發(fā)送到行空板上運(yùn)行

四、制作結(jié)構(gòu)

使用了LaserMaker為移動氣象站設(shè)計了一個輕量化簡單的結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖13所示.，其主要目的固定行空板、BME680和充電寶，使得攜帶更加便利。

五、WEB端制作

打開Mind+編程軟件進(jìn)入后，點(diǎn)擊“可視化組件”，新建文件命名為“移動氣象站”。

六、測試運(yùn)行

通過低成本移動數(shù)字氣象站的設(shè)計和搭建，學(xué)生可以在實踐中培養(yǎng)信息處理和管理能力。他們還可以學(xué)習(xí)如何分析氣象數(shù)據(jù)、提取有用的信息，并將其應(yīng)用于天氣預(yù)報和其他相關(guān)領(lǐng)域。此外，學(xué)生還可以通過拆解行空板和BME680傳感器模塊來了解其工作原理，深入學(xué)習(xí)氣象站的項目設(shè)計、制作、開發(fā)和測試過程。

關(guān)于“低成本移動數(shù)字氣象站”詳細(xì)實現(xiàn)過程，請訪問DF創(chuàng)客社區(qū)了解更多。

上海智位機(jī)器人

上海智位機(jī)器人成立于2010年，是全球領(lǐng)先的從事開源硬件、機(jī)器人產(chǎn)品和科創(chuàng)教育的高科技企業(yè)，打造了DFRobot、蘑菇云科創(chuàng)教育等品牌，是國內(nèi)最早的創(chuàng)客理念引入者和倡導(dǎo)者，創(chuàng)客教育的開拓者和引領(lǐng)者。旗下?lián)碛兄袊畲蟮木€上DF創(chuàng)客社區(qū)和國家級創(chuàng)客空間——蘑菇云創(chuàng)客空間，提供豐富的線上和線下學(xué)習(xí)資源，構(gòu)建了一個自由、開放和富于創(chuàng)造力的交流空間。其Gravity產(chǎn)品已被全球超過100萬開發(fā)者選用。合作伙伴包括微軟、英特爾、Autodesk、霍尼韋爾、NASA、MIT等知名廠商和機(jī)構(gòu)。

審核編輯 黃宇