第1步：設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)氣象站是一個(gè)漫長(zhǎng)而周到的過程。

你有這么多可供選擇的選項(xiàng)。這些是你在設(shè)計(jì)氣象站時(shí)應(yīng)該考慮的主要事項(xiàng)（或者至少我這樣做了）：

1）BUDGET。這是非常明顯的。

2）位置。這非常重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響安裝以及通信技術(shù)和所需的電源。遠(yuǎn)程氣象站需要遠(yuǎn)程發(fā)射器和自持式電源，如太陽(yáng)能電池板。

3）測(cè)量變量。您是否只想測(cè)量溫度或濕度？然后你可以把探頭放在幾乎任何地方。但是，如果你想測(cè)量降雨，風(fēng)，太陽(yáng)輻射，紫外線指數(shù)或其他與太陽(yáng)或降水有關(guān)的東西，那么傳感器就不會(huì)處于陰影中，也不會(huì)被阻擋在上側(cè)或側(cè)面。

4）準(zhǔn)確度。您是否希望您的測(cè)量結(jié)果能夠精確校準(zhǔn)并與國(guó)家氣象研究所相媲美，或者您是否足夠適合業(yè)余值？

所以現(xiàn)在你應(yīng)該對(duì)你想要的東西有一個(gè)非常好的形象。讓我們來到繪圖板！以下是我考慮過的一些基本規(guī)則：

1）保護(hù)溫度傳感器。您絕對(duì)需要這樣做。熱量可以通過多種方式傳播，它可以通過電站本身的結(jié)構(gòu)輻射和傳導(dǎo)。因此，嘗試涂覆所有金屬部件，并將溫度傳感器放入輻射防護(hù)罩中。我知道，我的輻射站并不完美，但它有所幫助。

2）將風(fēng)傳感器置于高位。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)傳感器應(yīng)放置在10米高處。我甚至沒有錢購(gòu)買一根10米長(zhǎng)的支柱，所以屋頂上方的一根2米長(zhǎng)的管道對(duì)我來說已經(jīng)足夠了。

3）地面和地面上的清晰區(qū)域。如果你想測(cè)量陽(yáng)光，你不能讓傳感器處于陰影中。如果你想測(cè)量降雨量，就不能阻擋水滴。因此，請(qǐng)確保清除車站周圍和上方的區(qū)域。

讓我們繼續(xù)。因此，對(duì)于我的工作站，我決定要測(cè)量這些變量：空氣溫度，地溫，相對(duì)濕度，大氣壓力，熱指數(shù)，露點(diǎn)，風(fēng)寒，降雨，太陽(yáng)輻射，紫外線指數(shù)，風(fēng)速和風(fēng)向?？偣灿?個(gè)傳感器，其中有3個(gè)小型PCB安裝模塊和5個(gè)外部探頭。我將需要2個(gè)獨(dú)立的微控制器，一個(gè)用于處理降雨測(cè)量，另一個(gè)用于其他所有。

我決定將所有功能放在一塊PCB上。我把PCB放在一個(gè)帶透明蓋的IP65盒內(nèi)，這樣陽(yáng)光就可以通過太陽(yáng)輻射和紫外線指數(shù)傳感器。所有其他傳感器將通過電纜連接到主控制盒。這就是我的設(shè)計(jì)。

第2步：Weathercloud

“ESP32 Weathercloud 氣象站“什么是Weatherclud？ Weathercloud是一個(gè)大型氣象站網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)報(bào)告來自世界各地的數(shù)據(jù)。它是免費(fèi)的，有超過10 000個(gè)氣象站連接到它。首先，我有自己的HTML網(wǎng)站，其中所有數(shù)據(jù)都已發(fā)送，但制作自己的網(wǎng)站和圖形很難，而且將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到具有漂亮圖形和穩(wěn)定服務(wù)器的大型云平臺(tái)要容易得多。我搜索了如何將數(shù)據(jù)發(fā)送到weathercloud，我發(fā)現(xiàn)你可以通過簡(jiǎn)單的GET調(diào)用輕松完成。 Weathercloud的唯一問題是，使用免費(fèi)帳戶，它允許您每十分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，但對(duì)于大多數(shù)用途而言這應(yīng)該不是問題。您需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Weathercloud帳戶才能使其正常運(yùn)行。然后，您需要在他們的網(wǎng)站上創(chuàng)建一個(gè)電臺(tái)配置文件。在Weathercloud上創(chuàng)建氣象站配置文件時(shí)，您將獲得Weathercloud ID和Weathercloud KEY。保留這些因?yàn)?a target="_blank">Arduino需要他們知道發(fā)送數(shù)據(jù)的位置。

步驟3：零件清單

好的，對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，你需要在我的Google Docs BOM中整齊列出的所有東西。

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估計(jì)的項(xiàng)目費(fèi)用：150€/165 $

第4步：工具

這些工具可以派上用場(chǎng)（盡管大多數(shù)其中絕對(duì)必要）：

激光切割機(jī)

焊機(jī)

鋼鋸

剝線器

電鉆

電池鉆

烙鐵

鉗子

螺絲刀

膠槍

萬用表

樹鉆頭

步驟5：控制板設(shè)計(jì)

我選擇了非常集中的架構(gòu)。這意味著所有可能的東西不僅在一個(gè)盒子里，而且在一個(gè)電路板上。我最近學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)PCB，這是一項(xiàng)非常有價(jià)值和有用的技能。所有項(xiàng)目都更整潔，更精確，甚至優(yōu)雅。它也非常方便：您只需將文件發(fā)送到中國(guó)，他們就可以完成所有的布線工作并將整板發(fā)送給您。然后，您只需將組件焊接到位就可以了。

PCB保存了該站中的兩個(gè)微控制器：ESP32（主控制單元）和Arduino NANO（降雨處理器）。它還擁有一些傳感器，包括：BME280，BHT1750和ML8511。然后是DS3231 RTC模塊。最后但并非最不重要的是，有一些電阻和螺絲連接器。

我在Autodesk Eagle中設(shè)計(jì)了我的主板。只需下載包含的名為“ESP32 weather station.zip”的Gerber文件，然后將其上傳到JLC PCB?；蛘呷绻阆刖庉嬎?，你可以下載“ESP32氣象站schematic.sch”和“ESP32氣象站board.brd”文件并在Eagle中編輯它們。我強(qiáng)烈建議首先從Instructables注冊(cè)電路板設(shè)計(jì)類。

第6步：焊接

大家好，你們之前可能都是這樣做的。我設(shè)計(jì)的這塊漂亮的板子上印有漂亮的絲網(wǎng)印刷腳印。如果你有這個(gè)，焊接應(yīng)該是小菜一碟，因?yàn)槟憧吹降拇_切位置。只有標(biāo)準(zhǔn)0.1英寸間距的THT組件。所以，只需繼續(xù)焊接電路板，因?yàn)槟愫苈斆?，你可以自己做！它不?yīng)該超過半小時(shí)。

第7步：制作輻射防護(hù)

當(dāng)我構(gòu)建這個(gè)時(shí)，我對(duì)自己說：“好吧，你已經(jīng)完成了這兩次你不可能把它弄得一團(tuán)糟。“而我沒有。

太陽(yáng)輻射防護(hù)罩在氣象站用來阻擋太陽(yáng)直射輻射是很常見的，因此減少了測(cè)量溫度的誤差。它也可作為溫度傳感器的支架。輻射防護(hù)罩非常有用，但通常由鋼制成，而且價(jià)格昂貴所以我決定建造一個(gè)自己的防護(hù)罩。我做了一個(gè)Instructable，展示了如何制作這樣的防輻射罩。

第8步：控制框

該站的主要部分是顯然是控制箱。它包含主要和次要微控制器，一些傳感器，RTC和一些無源組件。所有這一切都在一個(gè)方便的IP65包中。盒子有一個(gè)半透明的蓋子，所以陽(yáng)光可以通過紫外線和太陽(yáng)輻射傳感器。

在我們安裝PCB之前，我們需要準(zhǔn)備好電纜盒。盒子里有五根電源線和數(shù)據(jù)線。為了維持車站的防水性能，我們將需要防水電纜密封套。具體來說，一個(gè)PG7用于電力電纜，第二個(gè)PG7用于風(fēng)和雨量傳感器，第三個(gè)PG11用于兩個(gè)溫度傳感器。我將較大的（PG11）壓蓋放在盒子一個(gè)壁的中心，另一個(gè)較小的（PG7）腺體放在對(duì)面的墻上。因此，盒子改變過程如下：

1）用標(biāo)記標(biāo)記每個(gè)孔的中心。

2）用細(xì)鉆頭鉆一個(gè)小孔。

3）用樹形鉆頭緩慢增加孔的尺寸。

4）清除孔。

5）插入并固定每個(gè)孔中的電纜接頭。孔。

步驟9：PCB掛載

由于我只有Autodesk Eagle的學(xué)生試用版，我無法設(shè)計(jì)大于8cm的PCB。一切都適合這個(gè)板，所以沒關(guān)系。唯一的問題是控制箱。包含在盒子中的板安裝孔相距14厘米。這意味著我們需要PCB的支架。這可以是我們將安裝PCB的板（木/塑料/金屬）。然后我們將支架板連接到控制箱。這樣PCB就會(huì)固定在控制箱上。

您可以隨意制作支架。你可以用木板或鋼板手工制作它，你可以激光切割它（就像我一樣），你甚至可以3D打印它。我包括了電路板的尺寸，所以選擇是你的。如果您可以使用激光切割機(jī)，那么激光切割是最簡(jiǎn)單的選擇。你可以在這里找到.pdf和.svg格式的激光切割文件。

正如你所看到的，我經(jīng)歷了持有者的多種變體。最后，我選擇了丙烯酸樹脂，因?yàn)樗粫?huì)受到水分的影響（如木材），也不會(huì)吸收熱量（如鋼）。

步驟10：Asembly +接線

這將是一個(gè)非常容易的事情，但是要解釋是非常困難的，因?yàn)橛泻芏嘈〔襟E。讓我們直接進(jìn)入它：

1）將所有電纜插入指定的孔。不要固定電纜密封套。

2）根據(jù)隨附的接線圖連接風(fēng)傳感器，雨量傳感器和電源線的所有電線。請(qǐng)勿連接溫度傳感器的電纜。

3）如果已安裝，請(qǐng)卸下PCB安裝座。然后翻轉(zhuǎn)PCB，使電纜沿底部移動(dòng)。固定PCB安裝座，使電纜固定在PCB和底座之間的夾層中。

4）插入并用PCB擰入PCB底座。

5）安全兩個(gè)較小的（PG7）電纜接頭。不要固定較大的那個(gè)。

6）根據(jù)隨附的接線圖插入并連接溫度傳感器的電纜。

7）蓋上頂蓋并擰緊到位。

第11步：快樂

這一步是一種檢查點(diǎn)。在這一點(diǎn)上，你應(yīng)該做一些看起來像你在圖片上看到的東西。如果這是正確的，請(qǐng)快樂。繼續(xù)吧，給自己吃零食和休息，因?yàn)檫@對(duì)男人來說不僅僅是一小步，而是人類的巨大飛躍。如果沒有，請(qǐng)查看前面的步驟并找到問題所在。如果這沒有幫助，請(qǐng)發(fā)表評(píng)論或給我發(fā)消息。

所以當(dāng)你健康又適合時(shí)，你可以繼續(xù)前進(jìn)到編碼和調(diào)試部分。

第12步：編碼和調(diào)試

Yaaaaay，每個(gè)人都喜歡編碼！即使你不這樣做也沒關(guān)系，因?yàn)槟憧梢韵螺d并使用我的代碼。

首先，你需要將ESP32 dev模塊添加到你的主板管理器。為此，您需要下載JSON包并通過板管理器進(jìn)行安裝。通過Random Nerd教程查看本教程。

現(xiàn)在您需要下載所有必需的庫(kù)。我創(chuàng)建了ZIP存檔“Libraries.zip”，讓您更簡(jiǎn)單。不要像傳統(tǒng)庫(kù)那樣將存檔導(dǎo)入Arduino IDE。而是提取存檔并將所有文件移動(dòng)到Documents/Arduino/libraries?，F(xiàn)在您可以下載我的所有四個(gè)程序：“Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”，“System_test.ino”，“ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino” 。

打開“Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”。你需要改變一些事情。首先，您需要將“SSID”和“KEY”替換為您的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)SSID（名稱）和密碼。其次，您需要將“WID”和“KEY”替換為您應(yīng)該從第2步中獲得的Weathercloud ID和KEY。您還需要對(duì) “ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”即可。繼續(xù)并將代碼上傳到ESP32。您應(yīng)該會(huì)在Weathercloud網(wǎng)站上看到預(yù)定義的數(shù)據(jù)。如果這是正確的，請(qǐng)繼續(xù)。

將“System_test.ino”上傳到ESP32，將“I2C_rainfall_sender”上傳到Arduino NANO。以115200波特打開ESP32的串行控制臺(tái)。您現(xiàn)在應(yīng)該在屏幕上每隔15秒看到傳感器數(shù)據(jù)。玩?zhèn)鞲衅?。在太?yáng)輻射傳感器中照射一盞燈，吹入風(fēng)速傳感器，加熱溫度探頭。..。..這樣你就可以測(cè)試一切是否正常。如果您認(rèn)為一切都是應(yīng)有的，請(qǐng)繼續(xù)。

將“ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”上傳到ESP32。如果您已正確完成所有操作，則應(yīng)每10分鐘在Weathercloud頁(yè)面上看到來自該站的真實(shí)數(shù)據(jù)。如果這樣可行，則意味著您的工作站現(xiàn)已完全正常運(yùn)行，唯一要做的就是將其安裝在一個(gè)不錯(cuò)的位置。

步驟13：站點(diǎn)掛載

因此，在確認(rèn)您的工作站正常工作后，您需要為其設(shè)計(jì)并安裝。它必須堅(jiān)固，耐用，緊湊，最后但并非最不重要，它必須是好的。比精確的指示更多地采取這一步驟的建議或靈感。我不知道它將如何安裝它。你必須更有創(chuàng)意。但是如果你有一個(gè)直徑為5厘米的金屬管伸出的平屋頂，繼續(xù)按照我的方式行事。這個(gè)站有兩個(gè)盒子。所以我決定將它們彼此相鄰放在金屬面板上。它必須安裝在直徑為5厘米的金屬管上。所以我在面板底部放了一根內(nèi)徑為5cm的管子。兩個(gè)風(fēng)傳感器必須遠(yuǎn)離車站的其他部分。因此，在車站的每一側(cè)放兩根40厘米長(zhǎng)的管子，在每一根末端放兩根10厘米長(zhǎng)的管子。輻射防護(hù)罩應(yīng)安裝在面板下方，以提供額外的陰影。為此，我在厚金屬管上放了一個(gè)7乘15厘米的支架。

以下是所有需要的金屬部件（尺寸單位為mm）：

1x管道，內(nèi)徑50，長(zhǎng)度300

1x面板，250乘300，厚度3

1x L支架，75和150臂

2x管，外直徑12，長(zhǎng)度400

2x管道，內(nèi)徑17，長(zhǎng)度100

當(dāng)你擁有所有這些金屬部件時(shí)，你可以焊接它們根據(jù)我提供的3D模型放置。然后你需要鉆出盒子和輻射防護(hù)罩的所有孔。然后用金屬漆涂上它。我建議使用白色，因?yàn)樗樟怂蓄伾凶钌俚臒崃?。那就是你已?jīng)擁有了一個(gè)可以安裝你的工作站的工作站！

第14步：安裝

抓住您的氣象站，坐騎和所有工具，因?yàn)槟枰羞@些工具。上車（或我不在乎的公共汽車），然后到達(dá)車站的未來位置。最后，您可以安裝該站。

讓您的氣象站在您的工作室工作是一回事，但讓它在現(xiàn)實(shí)世界的惡劣條件下工作是另一回事。安裝過程在很大程度上取決于您正在安裝工作站的建筑物。但是，如果你有上一步的持有人和強(qiáng)大的演練，它應(yīng)該沒問題。您只需將厚管從支架上粘到屋頂上略薄的管道上即可。然后鉆穿兩個(gè)管道并用長(zhǎng)螺釘固定。安裝所有盒子和傳感器。而已。您的工作站現(xiàn)已成功安裝。

我們?cè)谙掠晏爝@樣做了。這是非常困難的，但由于競(jìng)賽截止日期我們沒有其他選擇。

第15步：電源，上行鏈路設(shè)置和調(diào)試

您的電臺(tái)已實(shí)際安裝，但尚未上線。我們現(xiàn)在就這樣做。你必須以某種方式為車站供電。你必須在這里有點(diǎn)創(chuàng)意。您可以將適配器放入房屋內(nèi)，然后將電纜穿過窗戶。你可以把電纜埋在地下。您可以通過太陽(yáng)能電池板為其供電。重要的是來自控制箱的電源線引腳上有5V 500mA電流。請(qǐng)記住，這一切都必須是防風(fēng)雨的！當(dāng)您的工作站通電時(shí)，您可以繼續(xù)進(jìn)行上行鏈路設(shè)置和調(diào)試。

上行鏈路設(shè)置基本上是讓ESP32連接到您的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。如果它在你的房子，它應(yīng)該沒問題。如果它在車庫(kù)或更遠(yuǎn)的地方，您可能需要Wi-Fi擴(kuò)展器甚至是自定義Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。然后是調(diào)試階段。你可以上傳最終的代碼并希望最好，但我真的建議逐個(gè)測(cè)試每個(gè)傳感器，以確保一切正常。基本上與步驟12中的相同。如果一切正常，您可以按UPLOAD按鈕拔下USB線并關(guān)閉控制盒。

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