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[M10项目] 信息科技实验——验证实测温度和天气预报温度的差异

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本帖最后由 hnyzcj 于 2023-10-23 16:36 编辑

【实验目的】

生活中我们常常会对天气预报中的“气温”预报产生了疑问：身体感受到的气温以及用自己的方式测出的气温，比天气预报中的气温要高或者低……于是老师们就设计了一个课堂环节要验证这样一个结论。

【实验方案】

通过行空板实时采集温度数据，并通过网络获取和显示城市的气温数据同屏显示进行对比；并在一张折线图中可视化方式显示两组数据的对比。

【教学需求】

（1）实时采集温度、湿度、气压等数据屏幕读取。

（2）通过网络获取当地气温数据。

（3）实现上述两组数据的对比图表。

【解决方案】

对于本地采集屏幕显示数据在前面的课程中已经详细介绍；通过网络获取只需从天气API网站等相关气象网站上抓取下来同步显示在屏幕上；两组数据对比图表通过可视化组件设计一张对比折线图方式展现。以SIoT为数据平台，本地采集建立一个“本地温度”的topic，网络抓取建立一个“预测温度”的topic，最后再建立一个“对比数据”的topic，分别传输三项数据，其中最后一项数据用于制作对比图表。

实验目的	验证实测温度和天气预报温度的差异
实验器材	自制数字气象站
实验步骤	步骤一：（教室封闭环境测量）实测温度______________天气预报温度（大于、小于、等于）步骤二：（户外有阳光水泥地上测量）实测温度______________天气预报温度（大于、小于、等于）步骤三：（户外无阳光水泥地上测量）实测温度______________天气预报温度（大于、小于、等于）步骤四：（户外有阳光草地上测量）实测温度______________天气预报温度（大于、小于、等于）步骤五：（户外无阳光草地上测量）实测温度______________天气预报温度（大于、小于、等于）
实验结论

【知识拓展】

气温测量有标准环境

气象台测出的“气温”不是大家的体感温度，它代表着自然状态下，不受干扰的标准空气温度。按照世界气象组织规定，测量气温的百叶箱须设在草坪上，离地面1.5米，周围比较开阔，无高大建筑、树木等阻挡风或阳光。百叶箱的四壁用玻璃钢做成百叶窗，不但能够防止太阳直射、地面反射、大风大雨的影响，同时保证空气流通，排除干扰后测得大气真实的温度。

数字化资源

——功能实现技术文档

【制作过程】

（1）环境部署

步骤一：配置行空板

由于课堂教学中，既需要本地采集数据上传SIoT，还需要从网络上抓取。这里天气数据需要通过“接口”获得，本课我们使用“天气API”获取。通过访问天气API网站（https://tianqiapi.com/），获取天气信息。为此我们需要行空板连接热点获取相应IP。成功连接热点后，此时板子获取固定IP为：10.6.124.30。登陆SIOT服务器，建立主题topic分别为：“温度”、“湿度”、“气压”、“预测温度”、“对比数据”。

步骤二：登陆注册

首先，访问天气API网站（https://tianqiapi.com/），完成注册和登录；登陆后点击“返回网站主页”然后选择“API文档”查询免费天气接口；免费天气信息在API文档左边栏的“免费基础实况天气”（图中①处），另外，在右边的“请求示例”下方就是要使用的接口网址（图中②处）。

直接复制访问该网址，可以查看到当前所在城市的天气数据，如下图所示。

另外，如果你想更换城市的天气数据，只需要在接口网址末尾加上“&city=某城市”，比如，杭州天气的接口网址为：

“https://www.yiketianqi.com/free/ ... xx&unescape=1&city=杭州”

步骤三：编程环境

打开Mind+编程软件进入后，将其切换至“python”模式，鼠标点击左下角“扩展”按钮，在官方库页面中添加“行空板”、“MQTT-py”和“Requests”库，在pinpong库页面中添加“pinpong初始化”和“BME280环境传感器”库。

步骤四：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：10.6.124.30。MQTT订阅消息分别为“温度”、“湿度”、“气压”、“预测温度”、“对比数据”。

▲抓取部分初始化

下面就可以利用“Requests”分类的指令，向天气API发起一个GET请求“” ，再解析请求内容为 JSON格式将获取数据转化成刚才网页中看到的样子。建立 url、response以及data 、天气图片四个变量来分别储存接口网址、请求响应、天气数据、天气图片。

天气图片数据格式应用为字典形式，若返还结果为“晴”，则屏幕对应显示晴天的图片。

▲屏幕初始化及赋值

对象“P”为背景图片；对象W、S、Q分别对应由BME280实时采集到的温、湿度等数据；t_c、t_t、t_w、t_tem、img分别对应从天气网站抓取的城市、日期、天气、温度、及对应的天气情况的图标。

▲主程序部分

屏幕显示部分：

数据发送部分：

期中“对比数据”的主题中实际上发送两组数据，对于两组不同类型的数据发送，我们进行连接时，用“，”进行隔离。

步骤五：数据对比图表

点击打开在可视化组件，添加2个标签文字，分别修改其组件标题为“实测温度和预测温度”、Topic分别为“siot/温度和siot/预报温度”对应如下图所示；选取折线图组件，修改其组件标题“实测与预报气温对比”、Topic为“siot/对比数据”、折线配置1为“实测数据”、折现配置2为“预报数据”对应如下图所示，