Jack Young用Raspberry Pi Zero W打造自供电移动气象站

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正如 Andrew Scott 在电影《Pressure》中提醒我们的那样，天气并不无聊，所以我们听说这个完全自供电的移动气象实验室时，非常感兴趣。

“自供电气象站的基本构想是由我的导师 Will Harrison 博士为我大三的毕业论文项目提出的，”创作者 Jack Young 告诉我们。“但让它具备移动性、便于运输的想法，则是我在研究当前气象站市场缺少什么时产生的——市面上没有任何现有产品能同时为爱好者、学生和研究人员提供一款易于获取、可移动且成本友好的设备，同时还能产出完整的本地大气条件数据集，用于数据分析。”

为了控制成本，Jack 最终当然选择了 Raspberry Pi 来为其提供动力。

“在研究过微控制器和小型计算机之后，Raspberry Pi Zero W 是性价比最高、功耗最低的选择，而且它小得惊人的外形尺寸意味着气象站的体积可以大幅缩小，”Jack 解释道。“1GHz 的时钟速度和内置网络能力也带来了快速的数据采集和向外部 Web 服务器传输的速率，从而带来流畅的用户体验。”

除了常见的温度和湿度传感器，以及用于记录风速的风速计之外，用于供电的太阳能板还让气象站能够测量其所在位置的光照强度。当然，既然用来测量天气，也就意味着它必须在使用这些传感器的同时经受住天气的考验。

“为了达到 IP65 防护等级，从而能够在恶劣天气条件下持续使用，所有内部电子元件都需要与水完全隔离，”Jack 说。“为实现这一点，设备外壳经历了许多次迭代，并花费大量时间调整其尺寸公差和打印参数，以确保盖板密封垫以及容纳电源线和数据线的电缆护套实现气密配合。规划电子元件和 PCB 的布局也是一个艰难的过程，在最终焊接之前经历了许多次迭代，有时我要等到整个设备组装完成后才发现是否存在虚焊！搭建过程中最令人满足的时刻，是 Raspberry Pi 终于被安装到它的排针上、电源接通，并且装在外壳上的蓝色 LED——用来指示代码运行正常——按预期闪烁起来的时候。”

今年四月，整套设备在斯旺西附近的 Gower 半岛进行了真实环境下的测试。

“开阔山丘上的风为风速计提供了充足的风速，用来测试霍尔效应传感器，通过磁铁测量转速，”Jack 详细说道。“结果发现，在较低风速下，轴承的摩擦力足以使旋转停滞，导致设备读数为 0，因此我们对轴承进行了润滑，表现就好多了。温度传感器的采样值始终比预期高出大约 1–2°C，后来发现这是因为传感器探头积聚了热量，可能是因为传感器通过电阻自身产生了热量，而这些热量无法散出。即使是在 Gower（位于威尔士）的山丘上，设备也成功建立了 Web 服务器并存储了它采样的数据，所以尽管出现了一些不可避免的小问题，我还是认为实地测试是成功的！”

Jack 希望在未来的迭代中做出几项改进——解决热量积聚问题、增加更简便的采样率调整方式、简化气象站的模块化特性等等——但他的最终目标是将它推向真实市场。希望不久之后，你也能用 Raspberry Pi 开展自己的移动气象研究。

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