第1步：設計

設計氣象站是一個漫長而周到的過程。

你有這么多可供選擇的選項。這些是你在設計氣象站時應該考慮的主要事項（或者至少我這樣做了）：

1）BUDGET。這是非常明顯的。

2）位置。這非常重要，因為它會影響安裝以及通信技術和所需的電源。遠程氣象站需要遠程發射器和自持式電源，如太陽能電池板。

3）測量變量。您是否只想測量溫度或濕度？然后你可以把探頭放在幾乎任何地方。但是，如果你想測量降雨，風，太陽輻射，紫外線指數或其他與太陽或降水有關的東西，那么傳感器就不會處于陰影中，也不會被阻擋在上側或側面。

4）準確度。您是否希望您的測量結果能夠精確校準并與國家氣象研究所相媲美，或者您是否足夠適合業余值？

所以現在你應該對你想要的東西有一個非常好的形象。讓我們來到繪圖板！以下是我考慮過的一些基本規則：

1）保護溫度傳感器。您絕對需要這樣做。熱量可以通過多種方式傳播，它可以通過電站本身的結構輻射和傳導。因此，嘗試涂覆所有金屬部件，并將溫度傳感器放入輻射防護罩中。我知道，我的輻射站并不完美，但它有所幫助。

2）將風傳感器置于高位。根據國際標準，風傳感器應放置在10米高處。我甚至沒有錢購買一根10米長的支柱，所以屋頂上方的一根2米長的管道對我來說已經足夠了。

3）地面和地面上的清晰區域。如果你想測量陽光，你不能讓傳感器處于陰影中。如果你想測量降雨量，就不能阻擋水滴。因此，請確保清除車站周圍和上方的區域。

讓我們繼續。因此，對于我的工作站，我決定要測量這些變量：空氣溫度，地溫，相對濕度，大氣壓力，熱指數，露點，風寒，降雨，太陽輻射，紫外線指數，風速和風向。總共有8個傳感器，其中有3個小型PCB安裝模塊和5個外部探頭。我將需要2個獨立的微控制器，一個用于處理降雨測量，另一個用于其他所有。

我決定將所有功能放在一塊PCB上。我把PCB放在一個帶透明蓋的IP65盒內，這樣陽光就可以通過太陽輻射和紫外線指數傳感器。所有其他傳感器將通過電纜連接到主控制盒。這就是我的設計。

第2步：Weathercloud

“ESP32 Weathercloud 氣象站“什么是Weatherclud？ Weathercloud是一個大型氣象站網絡，實時報告來自世界各地的數據。它是免費的，有超過10 000個氣象站連接到它。首先，我有自己的HTML網站，其中所有數據都已發送，但制作自己的網站和圖形很難，而且將所有數據發送到具有漂亮圖形和穩定服務器的大型云平臺要容易得多。我搜索了如何將數據發送到weathercloud，我發現你可以通過簡單的GET調用輕松完成。 Weathercloud的唯一問題是，使用免費帳戶，它允許您每十分鐘發送一次數據，但對于大多數用途而言這應該不是問題。您需要創建一個Weathercloud帳戶才能使其正常運行。然后，您需要在他們的網站上創建一個電臺配置文件。在Weathercloud上創建氣象站配置文件時，您將獲得Weathercloud ID和Weathercloud KEY。保留這些因為Arduino需要他們知道發送數據的位置。

步驟3：零件清單

好的，對于這個項目，你需要在我的Google Docs BOM中整齊列出的所有東西。

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估計的項目費用：150€/165 $

第4步：工具

這些工具可以派上用場（盡管大多數其中絕對必要）：

激光切割機

焊機

鋼鋸

剝線器

電鉆

電池鉆

烙鐵

鉗子

螺絲刀

膠槍

萬用表

樹鉆頭

步驟5：控制板設計

我選擇了非常集中的架構。這意味著所有可能的東西不僅在一個盒子里，而且在一個電路板上。我最近學會了如何設計PCB，這是一項非常有價值和有用的技能。所有項目都更整潔，更精確，甚至優雅。它也非常方便：您只需將文件發送到中國，他們就可以完成所有的布線工作并將整板發送給您。然后，您只需將組件焊接到位就可以了。

PCB保存了該站中的兩個微控制器：ESP32（主控制單元）和Arduino NANO（降雨處理器）。它還擁有一些傳感器，包括：BME280，BHT1750和ML8511。然后是DS3231 RTC模塊。最后但并非最不重要的是，有一些電阻和螺絲連接器。

我在Autodesk Eagle中設計了我的主板。只需下載包含的名為“ESP32 weather station.zip”的Gerber文件，然后將其上傳到JLC PCB。或者如果你想編輯它，你可以下載“ESP32氣象站schematic.sch”和“ESP32氣象站board.brd”文件并在Eagle中編輯它們。我強烈建議首先從Instructables注冊電路板設計類。

第6步：焊接

大家好，你們之前可能都是這樣做的。我設計的這塊漂亮的板子上印有漂亮的絲網印刷腳印。如果你有這個，焊接應該是小菜一碟，因為你看到的確切位置。只有標準0.1英寸間距的THT組件。所以，只需繼續焊接電路板，因為你很聰明，你可以自己做！它不應該超過半小時。

第7步：制作輻射防護

當我構建這個時，我對自己說：“好吧，你已經完成了這兩次你不可能把它弄得一團糟。“而我沒有。

太陽輻射防護罩在氣象站用來阻擋太陽直射輻射是很常見的，因此減少了測量溫度的誤差。它也可作為溫度傳感器的支架。輻射防護罩非常有用，但通常由鋼制成，而且價格昂貴所以我決定建造一個自己的防護罩。我做了一個Instructable，展示了如何制作這樣的防輻射罩。

第8步：控制框

該站的主要部分是顯然是控制箱。它包含主要和次要微控制器，一些傳感器，RTC和一些無源組件。所有這一切都在一個方便的IP65包中。盒子有一個半透明的蓋子，所以陽光可以通過紫外線和太陽輻射傳感器。

在我們安裝PCB之前，我們需要準備好電纜盒。盒子里有五根電源線和數據線。為了維持車站的防水性能，我們將需要防水電纜密封套。具體來說，一個PG7用于電力電纜，第二個PG7用于風和雨量傳感器，第三個PG11用于兩個溫度傳感器。我將較大的（PG11）壓蓋放在盒子一個壁的中心，另一個較小的（PG7）腺體放在對面的墻上。因此，盒子改變過程如下：

1）用標記標記每個孔的中心。

2）用細鉆頭鉆一個小孔。

3）用樹形鉆頭緩慢增加孔的尺寸。

4）清除孔。

5）插入并固定每個孔中的電纜接頭。孔。

步驟9：PCB掛載

由于我只有Autodesk Eagle的學生試用版，我無法設計大于8cm的PCB。一切都適合這個板，所以沒關系。唯一的問題是控制箱。包含在盒子中的板安裝孔相距14厘米。這意味著我們需要PCB的支架。這可以是我們將安裝PCB的板（木/塑料/金屬）。然后我們將支架板連接到控制箱。這樣PCB就會固定在控制箱上。

您可以隨意制作支架。你可以用木板或鋼板手工制作它，你可以激光切割它（就像我一樣），你甚至可以3D打印它。我包括了電路板的尺寸，所以選擇是你的。如果您可以使用激光切割機，那么激光切割是最簡單的選擇。你可以在這里找到.pdf和.svg格式的激光切割文件。

正如你所看到的，我經歷了持有者的多種變體。最后，我選擇了丙烯酸樹脂，因為它不會受到水分的影響（如木材），也不會吸收熱量（如鋼）。

步驟10：Asembly +接線

這將是一個非常容易的事情，但是要解釋是非常困難的，因為有很多小步驟。讓我們直接進入它：

1）將所有電纜插入指定的孔。不要固定電纜密封套。

2）根據隨附的接線圖連接風傳感器，雨量傳感器和電源線的所有電線。請勿連接溫度傳感器的電纜。

3）如果已安裝，請卸下PCB安裝座。然后翻轉PCB，使電纜沿底部移動。固定PCB安裝座，使電纜固定在PCB和底座之間的夾層中。

4）插入并用PCB擰入PCB底座。

5）安全兩個較小的（PG7）電纜接頭。不要固定較大的那個。

6）根據隨附的接線圖插入并連接溫度傳感器的電纜。

7）蓋上頂蓋并擰緊到位。

第11步：快樂

這一步是一種檢查點。在這一點上，你應該做一些看起來像你在圖片上看到的東西。如果這是正確的，請快樂。繼續吧，給自己吃零食和休息，因為這對男人來說不僅僅是一小步，而是人類的巨大飛躍。如果沒有，請查看前面的步驟并找到問題所在。如果這沒有幫助，請發表評論或給我發消息。

所以當你健康又適合時，你可以繼續前進到編碼和調試部分。

第12步：編碼和調試

Yaaaaay，每個人都喜歡編碼！即使你不這樣做也沒關系，因為你可以下載并使用我的代碼。

首先，你需要將ESP32 dev模塊添加到你的主板管理器。為此，您需要下載JSON包并通過板管理器進行安裝。通過Random Nerd教程查看本教程。

現在您需要下載所有必需的庫。我創建了ZIP存檔“Libraries.zip”，讓您更簡單。不要像傳統庫那樣將存檔導入Arduino IDE。而是提取存檔并將所有文件移動到Documents/Arduino/libraries。現在您可以下載我的所有四個程序：“Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”，“System_test.ino”，“ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino” 。

打開“Wi-Fi_Weathercloud_API_test.ino”。你需要改變一些事情。首先，您需要將“SSID”和“KEY”替換為您的Wi-Fi網絡SSID（名稱）和密碼。其次，您需要將“WID”和“KEY”替換為您應該從第2步中獲得的Weathercloud ID和KEY。您還需要對 “ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”即可。繼續并將代碼上傳到ESP32。您應該會在Weathercloud網站上看到預定義的數據。如果這是正確的，請繼續。

將“System_test.ino”上傳到ESP32，將“I2C_rainfall_sender”上傳到Arduino NANO。以115200波特打開ESP32的串行控制臺。您現在應該在屏幕上每隔15秒看到傳感器數據。玩傳感器。在太陽輻射傳感器中照射一盞燈，吹入風速傳感器，加熱溫度探頭。..。..這樣你就可以測試一切是否正常。如果您認為一切都是應有的，請繼續。

將“ESP32_Weathercloud_Weather_Station.ino”上傳到ESP32。如果您已正確完成所有操作，則應每10分鐘在Weathercloud頁面上看到來自該站的真實數據。如果這樣可行，則意味著您的工作站現已完全正常運行，唯一要做的就是將其安裝在一個不錯的位置。

步驟13：站點掛載

因此，在確認您的工作站正常工作后，您需要為其設計并安裝。它必須堅固，耐用，緊湊，最后但并非最不重要，它必須是好的。比精確的指示更多地采取這一步驟的建議或靈感。我不知道它將如何安裝它。你必須更有創意。但是如果你有一個直徑為5厘米的金屬管伸出的平屋頂，繼續按照我的方式行事。這個站有兩個盒子。所以我決定將它們彼此相鄰放在金屬面板上。它必須安裝在直徑為5厘米的金屬管上。所以我在面板底部放了一根內徑為5cm的管子。兩個風傳感器必須遠離車站的其他部分。因此，在車站的每一側放兩根40厘米長的管子，在每一根末端放兩根10厘米長的管子。輻射防護罩應安裝在面板下方，以提供額外的陰影。為此，我在厚金屬管上放了一個7乘15厘米的支架。

以下是所有需要的金屬部件（尺寸單位為mm）：

1x管道，內徑50，長度300

1x面板，250乘300，厚度3

1x L支架，75和150臂

2x管，外直徑12，長度400

2x管道，內徑17，長度100

當你擁有所有這些金屬部件時，你可以焊接它們根據我提供的3D模型放置。然后你需要鉆出盒子和輻射防護罩的所有孔。然后用金屬漆涂上它。我建議使用白色，因為它吸收了所有顏色中最少的熱量。那就是你已經擁有了一個可以安裝你的工作站的工作站！

第14步：安裝

抓住您的氣象站，坐騎和所有工具，因為您需要所有這些工具。上車（或我不在乎的公共汽車），然后到達車站的未來位置。最后，您可以安裝該站。

讓您的氣象站在您的工作室工作是一回事，但讓它在現實世界的惡劣條件下工作是另一回事。安裝過程在很大程度上取決于您正在安裝工作站的建筑物。但是，如果你有上一步的持有人和強大的演練，它應該沒問題。您只需將厚管從支架上粘到屋頂上略薄的管道上即可。然后鉆穿兩個管道并用長螺釘固定。安裝所有盒子和傳感器。而已。您的工作站現已成功安裝。

我們在下雨天這樣做了。這是非常困難的，但由于競賽截止日期我們沒有其他選擇。

第15步：電源，上行鏈路設置和調試

您的電臺已實際安裝，但尚未上線。我們現在就這樣做。你必須以某種方式為車站供電。你必須在這里有點創意。您可以將適配器放入房屋內，然后將電纜穿過窗戶。你可以把電纜埋在地下。您可以通過太陽能電池板為其供電。重要的是來自控制箱的電源線引腳上有5V 500mA電流。請記住，這一切都必須是防風雨的！當您的工作站通電時，您可以繼續進行上行鏈路設置和調試。

上行鏈路設置基本上是讓ESP32連接到您的Wi-Fi網絡。如果它在你的房子，它應該沒問題。如果它在車庫或更遠的地方，您可能需要Wi-Fi擴展器甚至是自定義Wi-Fi網絡。然后是調試階段。你可以上傳最終的代碼并希望最好，但我真的建議逐個測試每個傳感器，以確保一切正常。基本上與步驟12中的相同。如果一切正常，您可以按UPLOAD按鈕拔下USB線并關閉控制盒。

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