基于物联网的校园气象站设备数据采集系统设计与实现

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　　基于物联网的校园气象站设备数据采集系统设计与实现

　　随着物联网技术的飞速发展，校园气象站正从传统人工观测向智能化、网络化转型。基于物联网的校园气象站数据采集系统，通过传感器感知、无线传输、云端存储与智能分析的一体化设计，实现气象数据的实时采集、远程监控与高效利用，为校园气象科普、环境监测与科研实践提供技术支撑。

　　系统总体设计遵循 “感知层 - 传输层 - 平台层” 三层架构。感知层作为数据采集终端，由各类气象传感器组成，涵盖气温、湿度、气压、降水量、风速、风向等核心观测要素，传感器选型需兼顾精度与低功耗，如采用 PT1000 铂电阻气温传感器、电容式湿度传感器等，确保数据采集的准确性与稳定性。传输层承担数据中转功能，选用 LoRa 无线通信模块与 WiFi 模块双模设计：LoRa 模块负责传感器与本地数据采集器的短距离通信，通信距离可达 1-3 公里，抗干扰能力强，适配校园开阔或复杂地形;WiFi 模块用于将本地数据上传至云端平台，支持断点续传，保障数据传输的连续性。

　　数据采集器作为系统核心控制单元，采用 STM32 单片机为主控芯片，具备多通道数据采集、数据预处理与通信协议转换功能。硬件设计上，扩展 ADC 模数转换模块，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，采样率可达 10Hz，满足实时监测需求;集成 SD 卡存储模块，本地缓存近 30 天的气象数据，避免网络中断导致的数据丢失;配备电源管理模块，支持市电与太阳能供电切换，确保系统全天候稳定运行。

　　软件开发分为本地采集端与云端平台两部分。本地采集端采用 C 语言编程，实现传感器数据的周期性采集、滤波处理与格式标准化，通过 Modbus-RTU 协议与传输模块通信;嵌入数据异常检测算法，当某一传感器数据超出正常阈值或波动异常时，自动标记并触发报警。云端平台基于 Python+Django 框架开发，具备数据接收、存储、可视化与查询功能：采用 MySQL 数据库存储历史气象数据，支持按时间、气象要素等条件检索;开发 Web 可视化界面，以折线图、柱状图等形式展示实时数据与趋势变化，方便师生通过电脑或手机端远程访问。

　　系统测试与优化环节，在校园气象站部署该采集系统，连续运行 30 天进行稳定性测试。结果显示，数据采集准确率达 99.2%，传输延迟≤3 秒，云端平台响应速度快，可支持 100 人同时在线访问。针对测试中发现的校园建筑物遮挡导致的局部信号衰减问题，优化 LoRa 模块部署位置，增加信号中继器，提升传输稳定性。

　　该基于物联网的校园气象站数据采集系统，实现了气象数据的自动化、网络化采集与管理，不仅降低了人工维护成本，还为校园气象科普教学、环境监测研究提供了精准、全面的数据支持，具有良好的实用性与推广价值。