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[M10项目] 信息科技实验——低成本打造移动数字气象站 |
本帖最后由 hnyzcj 于 2023-10-23 16:39 编辑 【项目源起】 在线气象站是义务教育新课标版本中跨学科主题学习案例之一。设计次案例的目的是让人们通过物联网环境下的数字传感器,能更好的比对大尺寸、高密度、实时更新数据,借助人工智能等技术开展预测,可以获取更长期、更为细致的天气预报。 具体而言设计在线数字气象站的育人价值如下: (1)在线气象站是一个物联网技术典型应用,是一个综合、体现信息科技育人价值观的项目。 (2)通过抓取在线气象数据和采集校园气象站数据,学生可以提高分析汇总数据的能力,养成数据管理和价值挖掘的习惯。 (3)学生可以认识传感器在各场景中的应用,感受跨学科知识在设计、制作、发布、反思改进等环节的作用。 (4)建立在线数字气象站,或采用开放数据集,学生可以感受数据共享过程中系统集成的价值,提高在线协作能力。 综上所述课标中需要建立一个在线数字气象站,可以采集各种气象数据,可以保存各种数据,后期进行气象数据分析等需求。而目前市面上已经有此类产品出现,但存在以下问题: (1)产品价格昂贵,无法普及体验。 (2)架设位置固定,无法移动测量。 (3)设备成品定位,无法拆解学习。 (4)数据网络存储,本地无法采集。 【设计方案】 针对上述存在的问题,我们采用行空板+BME680的方案予以解决。首先,行空板+BME680总价530元,外加各种辅助器件总价不超过600元;其次,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。 【项目展示】 【特色简介】 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+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】
【制作过程】 (1)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。为此我们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。 (2)编程设置:编程使用的是Mind+图形化编程方式+行空板完成上述任务。 步骤一:环境部署 打开Mind+编程软件进入后,将其切换至“python”模式,如下图5处。 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,如下图6图7所示。 步骤二:编写程序 ▲程序初始化(服务器设置和采集界面设置) 从MQTT、pingpong、BME680指令集中拖着指令如下图8所示,程序指令“初始化MQTT”设置如下所示:MQTT平台选择SIoT,SIoT地址为上述行空板子获取的IP地址,SIoT Port端口为1883,用户名为siot,密码为dfrobot。其中服务器端SIoT服务器地址为:192.168.123.1。MQTT订阅消息分别为“温度”、“湿度”、“气压”、“海拔”。 ▲服务器端程序: 采集界面部分程序:如下图9所示,主要包含9部分构成,①为背景图片;②③④⑤为显示文字;⑥显示矩形;⑦⑧⑨为显示线段。图10为程序运行后界面。 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。 【电路连线】 行空板IIC口连接BME680传感器。 【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。 当脱机运行时,按下“home”键进入主菜单,选择“切换运行程序”—“mindplus”—“移动数字气象站.mp”即可运行相关程序。 【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。 【安装结构】 【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”。 (1)添加组件:从左侧窗体,拖拽4个“标签文字”组件,两个“折线图”组件,两个“迷你面积图”组件。 (2)添加数据源:鼠标点击窗口顶端“添加数据源”下拉列表,如下图所示,选择“数据源设置”打开 (3)设置温度“标签文字”组件属性如下图所示,其中关联数据为Topic项目选择“siot/温度”。其余三项指标“湿度”、“气压”、“海拔”设置与之相似。 折线图、迷你面积图设置与之相似,这里不再赘述。 【测试运行】 行空板上电测试 |
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