【DFRobot 云雀气象仪评测】Arduino无线智能空气监测系统搭建-01云雀气象仪概述

eew_TKwwQ7 发表于 2023-10-22 23:24

本帖最后由 eew_TKwwQ7 于 2023-10-29 23:58 编辑

为什么评测DFRobot 云雀气象仪？

早在2017年的时候就接触到DFRobot在Arduino的应用，因项目需要就当时购买三块Romeo V2和XBee S2C ZigBee 无线网络模块，当时国内对XBee使用资料相对比较少，但是DFRobot相关资料非常丰富而且提供的图片非常高清，所以在后期找相关模块资料我一般直接去DFRobot官网查阅，这次看到论坛活动，我非常感兴趣，结合以前购买的开发板刚好进行DFRobot 云雀气象仪的评测

  

一、云雀气象仪

1、云雀气象仪干什么用的？

云雀气象仪可以测试大气中的风速、风向、温度、湿度、气压，实时采集大气的重要数据，通过标准的通讯接口I2C/UART将数据输出出来

官网介绍：<a href="https://www.dfrobot.com.cn/goods-3770.html" target="_blank">https://www.dfrobot.com.cn/goods-3770.html</a>



兼容性非常丰富，非常适合小白入门

  

后期的扩展接口也非常丰富

  

 

二、检测传感器原理

温湿度检测原理：温湿度检测方法非常多，有物理方法利用金属在不同温度、湿度形变量方法，利用热胀冷缩等方法，但是在目前电子行业，比较广泛方法采用数字传感器来获取温湿度数据。

数字温度检测原理：温度检测也有很多种方法，可采用NTC电阻、晶振震荡频率、热电偶等方法，其中热电偶是利用热电效应来进行温度测量的，热电效应是指两种不同成分的导体两端接合成回路，当两个接合点温度不同时，就会在回路中产生电动势的现象，产生的电动势称之为热电势。采用热电偶的方法，热电偶由两种不同材料的金属丝组成，两种丝材的一端焊接在一起，形成工作端，置于被测温度处；另一端称为自由端，与测量仪表相连，形成一个封闭回路。当工作端与自由端的温度不同时，回路中就会出现热电动势，经过电路的转换将这个电压的变化送到单片机，转化成机器能够识别的信号。

湿度检测原理：数字湿度的测量：湿度检测除了传统毛发湿度计、干湿球、重力传感器外，目前采用的数字采用湿敏元件(电子式、电容式)进行检测，湿敏电阻是在基片上涂覆感湿敏感材料制成的薄膜，当敏感材料吸收了空气中的水分子，改变了敏感材料电子和空穴的迁移率，导致敏感元件的电阻值发生改变。把敏感材料涂覆在电子芯片的基片上，检测通过该湿敏材料的电流大小，计算出电阻值，从而得出对应的相对湿度。人们根据此原理设计了电阻式电子湿度计。制作混敏电阻的材料种类有很名，例如金属氧化物混敏材料、硅混敏材料、陶瓷混敏材料等都可作为湿敏电阻材料。 
湿敏电容通常由高分子湿敏薄膜电容制成，当湿敏材料做成的薄膜吸收了空气中的水分子，湿敏电容的介电常数和电容量发生改变，其电容变化量与相对湿度的变化量成正比。利用此原理便设计了电容式电子湿度计。电容式电子湿度计的优点在于响应速度快、休积小、线性度好，但稳定性和重复性都不太理想。而且电容式湿敏元件容易受空气中的物质、光照、静电等影响，可能导致湿敏元件感湿能力下降，或者失去感湿能力。其中如图sensrion湿度传感器使用沉积在两个导电电极上的聚胺盐或醋酸纤维聚合物薄膜（一种高分子化合物）当薄膜吸水或失水后，会改变两个电极间的介电常数。进而引起电容器容量的变化，利用外部测量电路可将电容器的容量变化进行捕捉、转化处理，最终在输出端显示成易识别的信号。

 

    

图片来自网络

 

气压传感器原理：

目前气压高度计采用的气压测量传感器主要有机械式和MEMS气压传感器等。机械式气压传感器体积大、精度低、结构复杂，逐渐已经难以满足飞行器使用要求。而MEMS气压传感器根据测量原理可以分为压阻式、电容式和谐振式等。其中MEMS谐振式压力传感器通过感知敏感芯体的固有频率间接测量压力，是目前精度最高的硅微压传感器。与传统的机械式、压敏式、电容式压力传感器相比，谐振压力传感器还具有更小的体积和更高长期稳定性。

1. 压电效应：气压传感器中使用的压电材料具有压电效应，即在机械力的作用下会产生电荷。当气压传感器受到外界气压的作用，其敏感元件（常为杆状）会发生变形，导致压电材料内部的静电电荷分布发生改变。这种电荷变化通过传感器中的电路传递到计算机或者其他接收设备，从而测量出气压的变化。

2. 电容效应：气压传感器中的电容式传感器采用了电容效应来测量气压的变化。传感器中的感知元件通常由两个电极组成，它们之问形成一个电容。当气压变化时，电容器的间距或电介质的介电常数会发生变化，从而改变电容的值。传感器中的电路通过测量电容值的变化来确定气压的变化。

  

图片来自网络

风速、风向检测原理：

风速传感器是用来测量风速的设备, 外形小巧轻便，便于携带和组装。按照工作原理可粗略分为机械式风速传感器、超声波、干簧管、红外栅格、霍尔、磁阻等多种方法获取风速和风向，其中磁阻式传感器的应用也十分广范，敏感材料在磁场中自身的电阻发生一定的变化，把这种变化称为磁阻效应。而这种磁阻效应可以分为各向异性磁阻效应和霍尔效应的磁阻效应。由于某些材料具有各向异性，在对它进行磁化时，磁化方向和材料的的形状、磁化磁场的方向有密切联系当外加磁场和磁体内部磁场方向没有火角时，外界磁场的交化对电阻的影响很微弱，几乎没有变化。当外界磁场和金属材料内部磁场不平行时，会发生变化，增大还是变小取决于磁化方向和内部电流方向的矢景关系。如果磁化方向垂直与电流方向，则材料的电阻减小，反之变大。磁阻传感器内部一般有四个电阳，把这些电阻连接成电桥的形式，在磁场中电桥相对位置的两个电阻阻值变大，另外两个电阳的阻值减小。这样在传感器的测量范围内，电桥输出电压和被测外界磁场星比例关系。通过输出电压的变化可以反推出外界坏境磁场的大小。

  

 

三、气象仪监测应用场景：

 

1.光伏新能源领域

与光伏系统发电输出功率相关的环境条件要素包括:大气温度、光伏组件温度、风速、风向、太阳总辐射量、当日太阳的累积辐射量、光伏板表面清洁度。光伏气象仪将通过相应的传感器将这些数据转换为电参量信号，尤其在大型电站需要独立监控大气环境，根据大气环境进行精确获取最大发电量和光伏板最佳维护清理时间段，这些都需要精准的大气参数，根据海量数据运算确定。



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二、航空领域

在航空领域，气象仪是确保航班安全的必要条件之一。在航班起降和飞行过程中，气象变化情况会直接影响到飞行安全。

气象仪可以测量杂音，降水，云高，云覆盖和空气湿度等气象要素，以检测天气变化。这些数据能够帮助飞行员更好地规划航线、飞行高度和速度，防止因天气条件变化而导致的飞行事故。

  

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三、交通领域

在交通领域中，气象仪可以帮助交通管理部门收集和分析交通场站的气象变化，如道路温度、路面湿滑、视线受阻等等。这些数据能够作为及时采取交通调度措施的有力依据，确保道路畅通和驾乘人员的安全。尤其在高速公路应用比较显著，高速行驶的汽车受到横风作用时，往往诱发车祸。横风对面包车、大型客车、帆布篷货车等箱形车的影响较大，因为这类车辆的整体重心较高，侧向面积较大；重量轻的小汽车，也容易受到横风的影响。此外，横风的作用是随车速的提高而加剧的。汽车从隧道驶出的瞬间，或驶向风力贯穿的桥梁、高路堤等路段时，往往会突然遭到强横风的袭击。在山区行车，容易遇到突如其来的山风，时间短而风力强，吹动车辆偏离行车路线。由于风速和风向的非连续变化，驾驶员会感到汽车发飘。高速根据天气状态进行调节车流量和行车速度，根据风向提醒高速行驶驾驶员注意横风，提醒驾驶员前方会有较强侧风。提高注意力，以免横风来袭，造成车辆偏移行驶方向。

  

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四、农业领域

气象仪在农业领域中的应用非常广泛，它可以帮助农民根据当前的气象参数，更好地规划农业生产，提高农作物的产量和品质。例如，温度和湿度是农作物生长的两个基本要素，气象仪可以测量环境的温湿度数据，为农民提供实时的气象数据，让他们能够更好地调整农作物的生产。此外，气象仪还可以检测其他气象参数，如光照强度，风速，降雨量等，为农民提供气象情况数据，以便他们做出更好的决策。例如，耘农智慧RYQ-4农业小气候仪可以同时监测空气温度、空气湿度、风速、风向、降雨量、总辐射、日照小时数、露点温度、ET腾发量11个重要参数。

  

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五、航海与海洋资源

航行在海上的船舶直接受到环境因素包括海洋和气象两个方面的影响，航行安全，在很大程度上决定于航海人员对航行、海域环境因素的了解和利用。对舰船影响最为严重的是风、浪、雾、流。它们不仅使舰船降低航速，增加航行时间，而且浪费燃料，延误舰船到达时间，甚至造成舰船偏航、触礁、搁浅、碰撞等事故。海洋和大气的状况因地而异、因时而异、瞬息万变。航行于茫茫大海之上，船舶航行的安全主要取决于海洋和大气状况。式海洋气象仪可对风速、风向、大气压力等气象进行监测，尽最大程度的保证航行安全。

  

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六、施工建筑

在建筑行业往往需要检测施工现场的扬尘等空气质量状态，扬尘监测系统实现对PM2.5、PM10、噪声、风速、风向、气温、湿度、气压、TSP、光照等环境数据进行实时采集传输，当监测数据超过警戒值时，平台在发送警示信息的同时，自动启用相应的降尘设备，达到“测”与“控”的自动联接。通过与物联网设备数据对接，实时接收数据并自动分析比对，帮助施工单位、主管部门实时掌握周边扬尘噪音信息和预警信息，改善作业环境，实现智能监测与智能治理，助力节能减排。

 

  

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七、城市环境检测 
城市便携气象仪可以检测空气质量、水质和噪音等污染指标与气候等因素有关，气象仪可以提供相关数据支持，帮助城市管理者及时制定应对污染的措施。通过气象仪提供的气象数据可以为城市景观、绿化等工作提供科学的依据，合理调整城市规划，让城市更加宜居。在城市出现暴雨天气时，气象数据可以帮助管理部门及时采取应对措施，降低城市汛情的发生。气象仪在智慧城市中起着至关重要的作用，它可以帮助城市管理者更加精准地掌握气象数据，制定更加科学的城市管理计划，为城市的交通、环境、安全等多个方面提供全面支持。这也进一步促进城市可持续发展。

  

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八、森林消防救援

森林防火式气象系统、林地防火预警站是为了应对我国森林火灾易发生而进行预警测报的一套数字气象站。它以其多功能和可靠性（即在恶劣环境）著称，可以选择任意几种配置。该防火气象站通过显示、记录和气象数据传输等方面进行火险预报。    森林防火气象站配有一整套的传感器来监视风速风向、降水、空气温度及相对湿度。还可测量土壤体积含水量、土壤温度、太阳辐射以及其它很多与森林防火相关的气象参数。森林防火气象监测站是用于监测和预防森林火灾的重要设施。它集气象监测、数据分析和预警功能于一体，为森林防火工作提供准确的气象信息和科学的预测模型。该监测站利用现代化的气象仪器和设备，全天候、全方位地监测森林火险等级、气温、湿度、风速和风向等关键气象指标。监测站的工作人员通过定期巡视和维护仪器设备，确保数据的准确性和实时性。森林防火气象监测站的重要性在于它可以提前预测并监测森林火灾的风险情况，为防火行动提供有力依据。它利用先进的气象技术和数据分析手段，能够准确判断火灾发生的概率和蔓延的趋势。一旦发现火险较高的地区，监测站会及时向防火部门发出预警，以加强对火灾的预防和控制。通过监测容易发生森林火灾区域的风速风向、空气的温度、相对湿度、太阳辐射等气象因子，可以对预防森林大火的发生，在发生大火时也可以指导工作人员进行快速合理的灭火工作，使财产损失降到低点。

  

  

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总之气象仪被越来越多地运用到智慧生活当中去，给人们生活带来诸多方便。未来随着物联网的发展与推广，气象仪也会得到越来越广泛的使用，给人们智慧生活提供更加便捷与安全保障。伴随技术的发展新一代天气雷达、气象卫星、加密自动气象站的监测资料是灾害性天气临近预报预警、人工影响天气等业务的基础，在气象灾害和突发公共事件应急方面发挥了相当重要的作用；气候系统各种地基观测信息还是天气气候数值预报模式的同化数据源，并为数值预报模式提供最优的初值；温室气体、气溶胶、PM2.5、臭氧、酸雨等大气成分观测、冰雪监测、年轮分析、生态气象观测等产品将为气候变化和生态保护等国际环境外交的热点问题提供具有战略意义的事实依据。其实质还是利用海量数据进行更精准预测天气状态。

  

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lugl4313820 发表于 2023-10-30 10:20

楼主还没有让宝贵出来亮象呀，感谢普及这么多应用场景！

eew_TKwwQ7 发表于 2023-10-30 11:28

lugl4313820 发表于 2023-10-30 10:20
楼主还没有让宝贵出来亮象呀，感谢普及这么多应用场景！

后面会一一讲解怎么使用和搭建，需要晚一点，全程使用Arduino平台，比较简单，先了解一些原理

wangerxian 发表于 2023-10-30 16:22

期待楼主的这一系列的帖子，也挺好奇DFRobot 有什么魅力~

eew_TKwwQ7 发表于 2023-10-31 21:11

wangerxian 发表于 2023-10-30 16:22
期待楼主的这一系列的帖子，也挺好奇DFRobot 有什么魅力~

DFRobot资源非常丰富，很适合小白做一些项目，而且借助Arduino平台很容易搭建项目，适合不同专业做电子方面的创作

花鼓舞 发表于 2023-12-9 13:54

后面会一一讲解怎么使用和搭建，需要晚一点，全程使用Arduino平台，比较简单，先了解一些原理<img height="48" src="https://bbs.eeworld.com.cn/static/editor/plugins/hkemoji/sticker/facebook/congra.gif" width="48" />

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