【JD-XQ4】【校園科普氣象站選競(jìng)道科技，配置齊全，安裝即用，高性價(jià)比助力氣象科學(xué)教育發(fā)展!】

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的校園氣象站設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，校園氣象站正從傳統(tǒng)人工觀測(cè)向智能化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型?；谖锫?lián)網(wǎng)的校園氣象站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過傳感器感知、無線傳輸、云端存儲(chǔ)與智能分析的一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控與高效利用，為校園氣象科普、環(huán)境監(jiān)測(cè)與科研實(shí)踐提供技術(shù)支撐。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)遵循 “感知層 - 傳輸層 - 平臺(tái)層” 三層架構(gòu)。感知層作為數(shù)據(jù)采集終端，由各類氣象傳感器組成，涵蓋氣溫、濕度、氣壓、降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等核心觀測(cè)要素，傳感器選型需兼顧精度與低功耗，如采用 PT1000 鉑電阻氣溫傳感器、電容式濕度傳感器等，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。傳輸層承擔(dān)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)功能，選用 LoRa 無線通信模塊與 WiFi 模塊雙模設(shè)計(jì)：LoRa 模塊負(fù)責(zé)傳感器與本地?cái)?shù)據(jù)采集器的短距離通信，通信距離可達(dá) 1-3 公里，抗干擾能力強(qiáng)，適配校園開闊或復(fù)雜地形;WiFi 模塊用于將本地?cái)?shù)據(jù)上傳至云端平臺(tái)，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。

　　數(shù)據(jù)采集器作為系統(tǒng)核心控制單元，采用 STM32 單片機(jī)為主控芯片，具備多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理與通信協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。硬件設(shè)計(jì)上，擴(kuò)展 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，采樣率可達(dá) 10Hz，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求;集成 SD 卡存儲(chǔ)模塊，本地緩存近 30 天的氣象數(shù)據(jù)，避免網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失;配備電源管理模塊，支持市電與太陽能供電切換，確保系統(tǒng)全天候穩(wěn)定運(yùn)行。

　　軟件開發(fā)分為本地采集端與云端平臺(tái)兩部分。本地采集端采用 C 語言編程，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的周期性采集、濾波處理與格式標(biāo)準(zhǔn)化，通過 Modbus-RTU 協(xié)議與傳輸模塊通信;嵌入數(shù)據(jù)異常檢測(cè)算法，當(dāng)某一傳感器數(shù)據(jù)超出正常閾值或波動(dòng)異常時(shí)，自動(dòng)標(biāo)記并觸發(fā)報(bào)警。云端平臺(tái)基于 Python+Django 框架開發(fā)，具備數(shù)據(jù)接收、存儲(chǔ)、可視化與查詢功能：采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)歷史氣象數(shù)據(jù)，支持按時(shí)間、氣象要素等條件檢索;開發(fā) Web 可視化界面，以折線圖、柱狀圖等形式展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與趨勢(shì)變化，方便師生通過電腦或手機(jī)端遠(yuǎn)程訪問。

　　系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化環(huán)節(jié)，在校園氣象站部署該采集系統(tǒng)，連續(xù)運(yùn)行 30 天進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試。結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率達(dá) 99.2%，傳輸延遲≤3 秒，云端平臺(tái)響應(yīng)速度快，可支持 100 人同時(shí)在線訪問。針對(duì)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的校園建筑物遮擋導(dǎo)致的局部信號(hào)衰減問題，優(yōu)化 LoRa 模塊部署位置，增加信號(hào)中繼器，提升傳輸穩(wěn)定性。

　　該基于物聯(lián)網(wǎng)的校園氣象站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣象數(shù)據(jù)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化采集與管理，不僅降低了人工維護(hù)成本，還為校園氣象科普教學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)研究提供了精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)支持，具有良好的實(shí)用性與推廣價(jià)值。