【壹零社】校园在线数字气象站

2023年浙江乌镇自主开源信息科技教育论坛面向全国发起了“在线数字气象站”校园计划。古岘小学创客社团的孩子得知这一消息后非常兴奋，可我告诉他们，计划中用到的软件和平台，老师也没有接触过，要想实施，大家要一起研究才行。但我也鼓励他们，无非就是硬件加软件，大家有开源硬件的基础，问题应该不大，遇到问题，老师可以代为请教技术人员。于是，这一项目就算正式开始了。

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确定人员和分工，明确任务和目标

团队骨干宋子龙同学主动请缨，承担了程序功能这一重担，两名女生尚栩帆和公贺则负责气象站的结构设计，而我这个社团辅导员也化身为后勤保证员和技术咨询员。当老师将自己化身成和学生一样的研究学习者，学生的研究热情和自信空前的高涨。

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程序功能实现

在校园气象站，气象设备采集数据并上传到云平台，再下发到手机APP上显示出来。         

其中，数据采集是最简单的，学生在之前的开源硬件课程上已经轻车熟路。云平台采用的是由开放原子开源基金会（OpenAtom Foundation）孵化及运营的开源项目狮偶，它也提供了成熟的手机APP源程序。       

但在原本以为最简单的数据采集上，我们却遇到了新问题——软硬件都没用过。气象设备使用的开发板来自开放原子的开源大师兄（OpenHarmony），软件也是没有接触过的PzStudio，这是一个不小的挑战。我告诉宋子龙，不管什么开发板，不管什么编程软件，其原理都是一样。于是，他从最基本的温湿度传感器开始试验，确定扩展板的模拟接口是1、2、5、8号，顺利接线，编程测试并成功（图2）。

温湿度传感器代码

接下来就是气压传感器，也没有问题，但在风向风速传感器上，遇到了更大的困难。首先就是这两个传感器都是四线的，我们学过的开源硬件中基本是正负极加数据信号三线，这可难住了他。我去技术群里咨询，发现不少其他学校的老师和同学也在咨询这个问题。 

在得到了正确的答案后，我并没有直接告诉他。我让他自己去淘宝，仔细研读这个商品的详情页。最后，他告诉我，原来是输出方式的不同。三线的是电压模式，四线的是RS485模式。原来很多商品的详情页本身就是不错的教程（图3）。

三线与四线模式

解决了这些技术问题后，接下来手机端和云平台的程序就没什么难度了（图4～图7）。

采集端程序两张图合成一张

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结构外观设计

官方提供了一个现成的结构切割程序，孩子们原样不动地输出来，立马提出了质疑：这样能放在室外使用？根本不防水（图8）。

官方提供的外观结构并不合理

于是，我鼓励学生自己改进。他们首先想到的是把开发板和温湿度传感器藏到底盒里，这样就只有不怕水的风向风速传感器在外面了。我肯定了他们的想法，提醒他们注意底盒尺寸大小。

想法非常简单，但实现起来还需要解决诸多问题。首先就是榫卯结构，孩子们因为经验不足，切出的榫卯要么松动不紧固，要么尺寸不对安不上。我告诉他们，不要一下子就出成品，可以先拿部分榫卯做试验，记住合适的尺寸，再完整输出。这样，经过几十次试验，切割了五六张椴木板之后，在榫卯紧固度上，孩子们终于做到了心里有数。

然而组装起来之后，孩子们还是又发现了问题：虽然加了顶部防雨面板，但如果下雨的时候有风，雨水还是会斜着从百叶箱缝隙飘进去。我让他们去观察家里的房屋出檐，咨询父母。然后他们就做出了缩小百叶箱尺寸，加大防水面板的决定，并且一举成功解决了防雨问题。

从小屋檐改装成大屋檐

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组装调试完成

安装过程中，孩子们提出了几个问题：观察窗口有点小，充电宝供电续航不足。前者好办，重新切割一块木板搞定，而供电问题孩子们则研究到现在也没解决。我告诉他们，太阳能供电要考虑电压的持续稳定输出和阴雨天储电问题，还要考虑安装后抗风问题，就留给你们下一步作为作业了。

古岘小学三人行创客社团

古岘小学创客社团，以项目为导向，不拘泥于一课一时的编程学习，不囿于细枝末节的技术研究，让孩子在确定作品方向、讨论作品形式、制作过程调试、展示讲解演说等几个环节中，充分发挥自主能动性，敢想敢做，勇于试错。

邮发代号：77-19

单价：8元，年价：408元

编辑｜张毅

审核｜吴新