在線數(shù)字氣象站是一種跨學科主題學習案例，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，為學生提供更準確、詳細的天氣數(shù)據(jù)和預報。設計在線數(shù)字氣象站的主要目的是培養(yǎng)學生分析數(shù)據(jù)、提取信息和數(shù)據(jù)管理的能力。然而市面上的產品價格昂貴且無法移動測量，設備多為成品無法拆解學習，且數(shù)據(jù)存儲需要依賴網(wǎng)絡。

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，滿足了學習者對氣象站項目設計、制作、開發(fā)、測試整體過程；最后，內置SIOT服務，可部署本地化數(shù)據(jù)服務器，采集數(shù)據(jù)導出方便。

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Siot服務，并以熱點方式運行，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)絡化：對于已經采集相關數(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

由于課堂教學中，教師想讓學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的方式。當啟動時，會顯示板子的熱點名稱及密碼，其他設備可搜索此熱點并連接板子，此時板子固定IP為10.1.2.3.

步驟二：開啟SIoT服務

行空板中自帶SIoT服務，進入系統(tǒng)后，點擊“應用開關”連接，進入SIoT開關界面，確認SIoT服務啟用，否則采集的數(shù)據(jù)無法上傳，如下圖所示行空板已經開啟SIoT服務。進入SIoT服務后，新建“溫度”、“濕度”、“氣壓”、“海拔”四個主題。

二、編程設置

編程使用的是Mind+圖形化編程軟件+行空板完成上述任務。

步驟一：環(huán)境部署

打開Mind+圖形化編程軟件進入后，將其切換至“python”模式。

鼠標點擊左下角“擴展”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（服務器設置和采集界面設置）

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服務器端。

三、燒錄程序

使用USB線連接電腦USB口，等待行空板開機完成后點擊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+的終端即相當于行空板的終端，點擊運行，Mind+會將Python代碼發(fā)送到行空板上運行

四、制作結構

使用了LaserMaker為移動氣象站設計了一個輕量化簡單的結構，整體結構設計如下圖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+編程軟件進入后，點擊“可視化組件”，新建文件命名為“移動氣象站”。

六、測試運行

通過低成本移動數(shù)字氣象站的設計和搭建，學生可以在實踐中培養(yǎng)信息處理和管理能力。他們還可以學習如何分析氣象數(shù)據(jù)、提取有用的信息，并將其應用于天氣預報和其他相關領域。此外，學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，深入學習氣象站的項目設計、制作、開發(fā)和測試過程。

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上海智位機器人

上海智位機器人成立于2010年，是全球領先的從事開源硬件、機器人產品和科創(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，是國內最早的創(chuàng)客理念引入者和倡導者，創(chuàng)客教育的開拓者和引領者。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習資源，構建了一個自由、開放和富于創(chuàng)造力的交流空間。其Gravity產品已被全球超過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等知名廠商和機構。