自给自足的移动气象站

最新一期的《Raspberry Pi 官方杂志》（Raspberry Pi Official Magazine）推出了“不可思议的气象项目”特刊，现已可从官网免费 PDF 下载！

正如安德鲁·斯科特（Andrew Scott）在电影《压力》（Pressure）中提醒我们的那样，气象一点也不无聊。因此，得知这款不仅可移动、而且完全自供电的气象实验室时，我们感到非常感兴趣。

一块太阳能电池板为这座移动气象站供电，同时还能读取光照数据。该套件采用模块化设计，可在运输过程中拆装部件。

“自供电气象站的基本构想是由我的导师威尔·哈里森（Will Harrison）博士提出的，作为我大三毕业论文的课题，”创作者杰克·杨（Jack Young）告诉我们，“但让它具备移动性和便携性的想法，则源于我对当前气象站市场空白的调研——市面上没有任何现成产品能为爱好者、学生和研究人员提供一款易于获取、方便移动且价格亲民的设备，同时还能生成可用于数据分析的完整局部大气条件数据集。”

为了控制成本，杰克最终自然而然地选择了 Raspberry Pi 作为核心驱动。

“在研究了多种微控制器和小型计算机后，Raspberry Pi Zero W 成为了最具性价比和低功耗的选择，其小巧得令人惊叹的外形也意味着气象站的体积可以大幅缩小，”杰克解释道，“1GHz 的主频和内置网络功能还支持将数据快速采集并传输到外部 Web 服务器，从而带来了流畅的用户体验。”

随行随测

除了常规的温湿度传感器以及用于记录风速的风速计外，为设备供电的太阳能电池板还能让气象站在部署地点测量光照强度。当然，用于测量天气也意味着它必须在使用这些传感器的同时抵御恶劣天气的考验。

外壳经过了多次迭代，才将尺寸和重量调整到恰到好处。

“为了达到 IP65 防护等级，确保在恶劣天气条件下持续使用，所有内部电子元件都必须完全防水密封，”杰克说，“为此，设备外壳经历了多次迭代，我花了很多时间微调尺寸公差和打印参数，以确保顶盖垫圈以及容纳电源线和数据线的电缆索环实现气密贴合。规划电子元件和 PCB 的布局同样是个棘手的过程，在最终焊接前也迭代了很多次——有时我甚至要等整台设备完全组装好后，才能发现是否存在虚焊！整个制作过程中最有成就感的时刻，莫过于最终将 Raspberry Pi 安装到排针上、接通电源，看到外壳上指示代码运行正常的蓝色 LED 灯按预期闪烁的那一刻。”

把天气带在身边

早在今年 4 月，整套设备就在斯旺西（Swansea）附近的 Gower 半岛进行了实地环境测试。

为气象站选好位置后打开开关，盒子侧面的绿色 LED 灯会亮起。稍等片刻，蓝色 LED 灯亮起，即表示气象站已准备就绪。

“开阔山丘上的大风为风速计提供了充足的风速，得以测试通过磁铁测量转速（rpm）的霍尔效应传感器，”杰克详细描述道，“测试发现，在风速较低时，轴承的摩擦力足以使旋转停滞，导致设备读数为 0；在给轴承添加润滑油后，它的表现改善了很多。温度传感器的采样读数始终比预期高出约 1–2°C，经排查发现这是因为传感器探头积聚了热量——可能是由于传感器自身电阻发热且热量无法散出所致。即便是在（威尔士）Gower 的山丘上，该设备也成功搭建了 Web 服务器并存储了采样数据，因此尽管存在几个不可避免的小问题，我认为这次实地测试还是非常成功的！”

杰克希望在未来的迭代中进行多项改进——解决热量积聚问题、增加更便捷的采样率调节方式、精简气象站的模块化结构等——但他的终极目标是将其推向现实市场。希望很快你也能用上自己的 Raspberry Pi 驱动移动气象站开展研究了。