随行低成本移动数字气象站助力学生培养信息处理与管理能力

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。