简易气象站的制作

示意图

气象站如何工作？

电路本身并不新颖或独特;它是一个带传感器输入和功率控制的基本微控制器电路。功率控制基于7805线性稳压器，可为微控制器产生稳定的5V电压。稳压器还有两个保护二极管; D4用于输入极性保护，D5用于防止微控制器侧的电压尖峰损坏稳压器。

FTDI端口有两个100欧姆电阻串联数据线，以保护FTDI和微控制器免受任何一侧的电压尖峰影响。 DHT11数据线具有5.6K上拉电阻，它是一个开漏电路，微控制器或DHT11可以将线路拉至地。

风速计输入来自一个小型DIY风速计，由直流电机和几个小杯子制成。当电机旋转时，电机两端产生一个小电压，这是通过模拟输入将电压发送到微控制器。随着风速增加，风速计旋转得更快，从而产生更大的电压。因此，从风速计读取的电压直接对应于风速。这个输入通过使用D3来保护，D3是一个齐纳二极管，这有两个目的;它可以消除可能形成的负电压并截断输入，以防止模拟电压损坏微控制器引脚。

DHT11只能下降到0度，因此PCB上还包含一个热敏电阻。该热敏电阻与电阻器（必须仔细选择）并联，以使空气温度直接对应于电压。该电压通过另一个模拟引脚读入，因此允许微控制器从热敏电阻而不是DHT11读取温度。电路的其余部分用于电源控制或保护，在设计功能中并不重要。其余的魔法发生在微控制器的代码中，可以在这个项目中找到。虽然对代码的解释会很繁琐，但会给出快速描述。代码处于无限循环中，从各种设备获取读数。在每个循环（包括长延迟）时，微控制器将通过UART将记录的值流式传输到您选择的串行设备。因此，为了最大限度地利用这个项目，可以制作一个可视化的基础项目，它从串口获取读数，然后将它们记录到文件中或在几个图形上显示它们。从那里，收集的数据可以与当前天气相匹配，不久之后您的气象站数据就可以用来尝试预测天气。

此项目包括气象站本身的两个主要部分和第三个可选项目，使气象站更有用。第一步是构建原理图中所示的电路。这可以通过大多数电路构造技术来完成，包括面包板，条板和PCB。对于这个项目，我使用在CNC上铣削的PCB以方便和更专业的外观。所有CNC文件都可以在项目文件夹中找到，包括CNC 3020所需的所有G代码（还包括自动调平代码）。

电路已经建成，需要制作风速计。这是使用小型马达，几个塑料杯和其他通用材料（如木头和竹子串）完成的。这个想法是当风吹动时电动机旋转，因此在其端子处产生电压。但在连接风速计之前，在有风的条件下找出哪个电机端子是正的，否则将产生负电压，这将被微控制器识别。在内置风速计的情况下，将其连接到长杆并使其竖直并将风速计连接到电路。

有关构建风速计的更多说明，请参阅本教程：使用DIY风速计测量风速。

第三阶段是可选的;使用您的首选语言对气象站进行编码。虽然存在许多语言和环境，但我个人建议使用visual basic（特别是在使用串行端口时）。在不到10分钟的时间内，您可以使用Windows GUI程序通过FTDI串行端口连接记录数据并将其显示在图表上。您对数据的处理取决于您，但有一个想法是收集数据并匹配当前天气。从那里，您可以预测天气并拥有自己的气象站！