手持气象站的制作教程

的第1步：硬件要求

1）任何Raspberry pi（我使用3b型）

2）LCM1602C LCD屏幕（可选，使可以使用其他LCD屏幕或触摸屏，但最好不要使用Adafruit。）您还可以使用10 k欧姆的电位器来设置屏幕对比度。

3）Sensirion SDP810-125 PA（差压/微热流量传感器）。 SDP810-500 PA也可以使用，但是提供的python代码将需要修改。

4）Bosch BME 280温度，湿度和大气压力传感器（最好在Adafruit分支板上使用，其他可能也可以使用，但可能具有不同的i2c地址）。

5）具有VNC或SSH的iOs或android手机或平板电脑（如果不使用LCM1602C LCD或其他屏幕，则为可选）

6）树莓派电池或移动电源（可选，以使设备便携式）

7）2个10 K欧姆电阻器

8）大面包板，一个小面包板和PI补鞋匠

9）一些跳线（35对公对公和10对公对母）。

10）尽管提供了所有代码，但有些Python技能也会有所帮助。

11 ）2个内径为4mm的水族馆（鱼缸管）。您还将需要2个喷嘴，但可以3d打印它们。喷嘴上的孔的尺寸必须与SDP810的管道上的孔相同。我使用了来自廉价真空吸放泵的两条吸管。皮托管也可以安装在鱼缸管上，但只能进行一个方向的风向测量和重新校准。

12）3D打印机（可选，用于打印盖子和喷嘴）

13）可能需要手持式风速仪进行校准，

在继续之前，我必须先说说硬件及其极高的质量。我相信Raspberry pi是众所周知的，不需要任何介绍。该项目中使用的两个传感器（Bosch BME280和Sensirion SDP810-125 PA）可能是同类产品中价格最低的业余爱好中最好的。但是，它非常精确，并且为医疗环境中的精确度而生产。在https://www.bosch-sensortec.com/bst/products/all_products/bme280和https://www.sensirion.com/fileadmin/user_upload/customers/sensirion/Dokumente/0_Datasheets/Differential_Pressure/Sensirion_Differential_Pressure_Sensors_SDP中读取相应的数据表.pdf

步骤2：连接硬件

在使用GPIO引脚或连接/断开连接时请记住要关闭树莓派

将Sensirion SDP 810连接到面包板上，如上图和上图所示。切记在Vdd和SDA以及Vdd和SCL之间使用两个10 k欧姆上拉电阻。还要连接BME280（不需要上拉电阻）。由于两个传感器具有不同的i2c地址，因此可以将它们并行连接到同一i2c总线。我使用了颜色编码Red = V，Green = SDA/SDI和Red = SCK/SCL

确保在系统上启用了i2c（转到“应用程序菜单”，“首选项”，Raspberry PI配置，“接口”）

连接电路，打开树莓派。打开一个终端窗口，然后运行 sudo i2cdetect –y 1 。结果应指示地址为0x25（SDP810）和x76或x77（BME280）上的2个设备。

连接LCM1602C。我按照adafruit的说明进行操作（https://learn.adafruit.com/drive-a-16x2-lcd-direct-with-a-raspberry-pi/overview），但是，adafruit修改了代码中的引脚排列，因此请遵循以下说明：

按照以下步骤将LCD连接到面包板上：

LCD的引脚1接地（黑线）

LCD的2号引脚变为+ 5V（红线）

3号引脚（Vo）连接到电位计的信号（橙色线）。如图所示，将其余的电位器引脚连接到+ 5v和GND。如果不想让屏幕对比度变化，请将LCD的引脚3连接到+ 5V

引脚4（RS）连接到Cobbler＃25（GPIO 25）（黄线）

针脚5（RW）接地（黑线）

针脚6（EN）连接到Cobbler＃24（GPIO 24）（绿线）

跳过LCD针＃7，＃8，＃9和＃10

针＃11（D4）连接到补鞋匠＃23（GPIO 23）（蓝线）

针＃ 12（D5）连接到Cobbler＃17（GPIO 17）（紫线）

针＃13（D6）连接到Cobber＃21（GPIO 21）（灰线）

针脚14（D7）连接到Cobber＃22（GPIO 22）（白线）

针脚15（LED +）转到+ 5V（红线）

针脚＃ 16（LED-）接地（黑线）。

Adafruit i还提供以下警告：

在接线之前，请检查您的LCD具有LED背光，而不是EL背光。 LED背光使用10-40mA的功率，EL背光使用200 + ma！ EL背光灯通常价格便宜但无法使用，请确保不要使用背光灯，否则Pi会过载。一些带有LED背光的廉价LCD在LCD模块的背光上没有电阻，如果不确定，请在15针和5V引脚之间连接一个1Kohm电阻，而不是直接连接。所有Adafruit液晶显示器均具有带内置电阻器的LED背光灯，因此您不需要额外的电阻器。

您现在可以打开树莓派。屏幕将点亮。如果看起来不像提供的照片上的屏幕，请检查您的连接。如果屏幕点亮，但您看不到障碍物，请转动锅。如果添加了1 k ohm电阻，则可能必须将其删除才能使块可见。

步骤3：准备RASPBERRY PI软件

我的代码已在最新的Raspbian Stretch上进行了测试。

确保您的系统是最新的

打开终端并运行：

$ sudo apt -get update

$ sudo apt-get upgrade

还请确保已安装以下软件包。它们可能已经安装。

$ sudo apt-get install python-dev

$ sudo apt-get install python-setuptools

$ sudo easy_install -U分发

$ sudo apt-get install python-pip

$ sudo pip install rpi.gpio

$ sudo pip install rpi.gpio

现在您需要安装适用于BME280和LCM1602C的adafruit模块。它们可以在Github上获得

首先安装git来启用github上目录的克隆。运行

$ sudo apt-get install git

移动到要安装模块的目录。我建议您使用puthon目录。运行：

$ cd mkdir/home/pi/python

$ cd/home/pi/python

使用以下命令克隆Adafruit_Python_CharLCD目录：

$ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_CharLCD.git

移至Adafruit_Python_CharLCD目录

$ cd Adafruit_Python_CharLCD

运行以下命令注册模块：

$ sudo python setup.py安装

LCM1602 python模块现在可用于所有python应用程序，方法是：

将Adafruit_CharLCD作为LCD导入LCD 在您的python编辑器中

您可以通过运行附件LCD_Hello_world.py来测试LCD。如果您不根据物理插脚（在附件LCD_Hello_world.py和我提供的所有脚本中更正），不修改python中的插脚，则github上的示例（在示例目录中可用）将无法工作。如果屏幕上没有显示“ hello world”，请检查引脚排列，连接并转动电位计。如果这不起作用，则添加了1 k ohs电阻器。

您还需要安装BME280模块。使用以下shell命令移动到python目录。

$ cd/home/pi/python

运行以下命令：

$ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_BME280.git

$ cd Adafruit_Python_BME280

$ sudo python setup.py install

现在，通过导入Adafruit_BME280模块，adafruit BME280模块将可用于所有python脚本。

在运行第一个脚本之前，请通过运行

$ sudo i2cdetect –y 1

，确保BME280在i2c地址77上（其他BME280板可能在76上）。 BME280正在使用i2c地址76，将文件Adafruit_BME280.py第30行修改为BME280_I2CADDR = 0x76

可以使用附加的Reading_BME280.py示例来测试BME280。

Sensirion SDP810 micro热流量传感器不需要任何特殊模块，并且可以通过smbus协议（i2c总线协议的子集）进行通信。我在网上很难找到SDP810的python示例，不得不用辛苦的方式和使用它的数据表弄清楚它的工作方式。结果可在Github上找到，网址为https://github.com/JJSlabbert/Sensirion_SDP810_125PA。

第4步：运行气象台软件

当前，我有两个可用的python脚本：

weather_log_and_display.py 将读取所有传感器，将读数打印到树莓派屏幕上（如果已连接），将数据记录在data.txt中并打印液晶显示屏上的读数。

anemometer.py 可以非常快速地读取风速数据。您可以在Python脚本中增加/减少读取间隔。根据SDP810的数据表，每0.5 ms可获得一个新的读数。这是用于python和LCD屏幕的快速方法。该脚本还显示了最小和最大读数，是检测阵风的理想选择。

您还可以使用智能手机/平板电脑通过VNC监视气象站。有关更多信息，请访问https://www.raspberrypi.org/magpi/vnc-raspberry-pi/。检查应用商店中的vnc查看器。

如果您需要在启动时自动运行脚本，请添加

@python/home/pi/python/Portable_Weather_Station/weather_log_and_display.py

对于/home/pi/.config/lxsession/LXDE-pi

关于海拔高度计算的注意事项：

海拔高度是计算得出的作为局部大气压，温度和可见水压的函数。看见水平的实际压力在1013，25 hPa附近频繁波动。我在Python脚本中使用了1013，25 hPa。因此，由Python脚本计算出的海拔高度只是估计值。