失传技术研究所小讲堂 篇七十三:【图拉丁】在自家建立小型气象站

2019-09-16 10:26:20 24点赞 83收藏 17评论

创作立场声明:如果有树莓派的话就好了,这样气象站可以进行全面自动化改制,一改目前摸索探究目的的实验性方案

张大妈的各位好,今天带给各位的是在自家后院建个传统气象站(纯手动)

从零开始自制气象站(含捡垃圾元素)

其实咱虽然家境贫寒,但是家里对小时候的我的科学素养的培养一点都没放松。各种科学书籍咱早就烂熟于心,其中有个自制气象站的一直是咱小时候的梦想

然而受限于实际经济条件,直到现在咱才玩得起这个,真是非常遗憾

为什么咱想起来要建气象站?


【图拉丁】在自家建立小型气象站


水文局在各地都有这样的自动气象站,包括小区里面。咱是看见这东西才想起来的。想想近来台风过多,需要自己结合多个参数来更有效的预测天气。全凭以前看卫星云图预测天气虽然简单直观但是被指不专业 失传技术研究所小讲堂 篇二十七:卫星云图解读指南

总之上图这种自动气象站太阳能供电,无线数据传输,在没有故障的情况下完全可以自给自足。自动站可全天候自动观测的气象要素有:风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨量、草温/雪温、地表温、浅层地温和深层地温、总辐射、净辐射、反射辐射、散射辐射、直接辐射、日照等气象要素进行

我们要造的手动气象站至少也要测出这么几项参数:风向、风速、气温、相对湿度、气压、雨量、大气颗粒物相对含量

此外,关于水文地质咱目前还收集到了一个比较实用的资料,各位做课设找不到资料的有福了: 全国各地区各省份高清水文地质图 ac10954789


【图拉丁】在自家建立小型气象站


其实我家不远就有气象台,它用的就是传统的气象站配置


【图拉丁】在自家建立小型气象站


设备清晰可见


【图拉丁】在自家建立小型气象站


其实这地方除了是气象站还兼游客服务中心,建在半山上倒也不错,远离人烟测出的参数会更准确些,干扰因素小些

简单来说,要想实现咱想要的功能咱至少需要一个百叶箱和相关仪表,这是躲不开的

自制气象站预算清单:

风向、风速——J283风向风速计(50包邮)

气温、相对湿度——272A型干湿球精确温度计(19包邮);手工打造百叶箱135包邮

气压——机械指针式气压表(50包邮)

雨量——16022雨量计(20包邮)

大气颗粒物相对含量——白凡士林(12一瓶500g当地药店购得);A4纸若干


【图拉丁】在自家建立小型气象站


于是咱就这样先买了一个百叶箱,收货之后一看怎么看都像是自制的产物

百叶箱是气象站最显著的标志,然而这东西真的很贵……

正规百叶箱的四壁由两层薄的木板条组成,外层百叶条向内倾斜,内层百叶条向外倾斜,百叶条与水平的交角是45度。箱底由三块木板组成,整个百叶箱都是白色

然而咱看了一眼相对比较正规的百叶箱和雨量计的售价之后


【图拉丁】在自家建立小型气象站


果断还是怂了,光一个箱子就200块钱上哪玩得起,加上雨量计就得将近400块钱,够我这个垃圾佬开个小网吧了,不行不行


【图拉丁】在自家建立小型气象站


之前拉回来的轮胎,仔细一看真的是米其林,这轮胎随车去过西藏


【图拉丁】在自家建立小型气象站


今天天气不错


【图拉丁】在自家建立小型气象站


其实为了观测大气的自然状况,要求温度计放在避免阳光直射的位置。为此需要百叶箱

百叶箱的四壁都是用涂了白漆的双层百叶窗组成,并且查读各种仪器数据用的箱门均面向北开。百叶箱不仅要避免阳光直射,而且还要避免受地面反射的光和热的影响。

(所以严格来说需要放在自家院子的草坪上,然而咱自家院子以前基本都是树,要么就是菜和花,现在全是砖,哪来的草坪?)


【图拉丁】在自家建立小型气象站


我看这事咱还是回头把百叶箱放树底下吧,至于白色涂装花8块钱买瓶喷漆自己喷吧


【图拉丁】在自家建立小型气象站


本次这个教程都采用传统人工手动方法收集资料,因此不存在任何电子元件

没有传感器 没有单片机 没有物联网 纯靠咱自己手动

回头张大妈要是认咱是图吧垃圾王的话,会给咱发一个树莓派4,届时我再用张大妈的树莓派准备自动气象站教程

也想过8266组气象站,然而还是放弃了,8266的性能虽然作为物联网家电来说优秀,但是对于需要精密操作的场合就并不合适了(可能会死机)


【图拉丁】在自家建立小型气象站


咱这次用的这个温度计是带湿度功能的干湿球温度计,最大的特点是有干球和湿球两套温度计

此外,这款温度计的精度较高,温度可以读到0.5精确度,比一般的家用温度计性能更好


【图拉丁】在自家建立小型气象站


早在18世纪人类就发明了干湿球湿度计,干湿球温度计工作原理是干湿球湿度计由两支规格完全相同的温度计组成,一支称为干球温度计,其温泡暴露在空气中,用以测量环境温度;另一支称为湿球温度计,其温泡用特制的纱布包裹起来,并设法使纱布保持湿润,纱布中的水分不断向周围空气中蒸发并带走热量,使湿球温度下降。水分蒸发速率与周围空气含水量有关,空气湿度越低,水分蒸发速率越快,导致湿球温度越低。可见,空气湿度与干湿球温差之间存在某种函数关系。干湿球湿度计就是利用这一现象,通过测量干球温度和湿球温度来确定空气湿度的。干湿球湿度计的准确度取决于干球、湿球两支温度计本身的精度,湿度计必须处于通风状态:只有纱布水套、水质、风速都满足一定要求时,才能达到规定的准确度。干湿球湿度计的准确度只有5%一7%RH。


【图拉丁】在自家建立小型气象站


先加满水备着


【图拉丁】在自家建立小型气象站


干湿球温度计可以根据测出的干球温度和湿球温度,查“湿空气线图”,可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料,咱只需要会读湿度就行了


【图拉丁】在自家建立小型气象站


总之 咱先给这个温度计装上吧,为此,咱需要买把锤子12块钱,家里有不用买,实在不行用手机砸也行,钉子成本忽略不计


【图拉丁】在自家建立小型气象站


稍微钉钉就可以,这个百叶箱因为是手工打造的并不结实

话说我家还有旧百叶帘,可不可以挂百叶箱前面增强遮阳效果?


【图拉丁】在自家建立小型气象站


基本就这样能挂住温度计就行


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这个干湿计的说明书印在包装盒上了


【图拉丁】在自家建立小型气象站


总之它的使用方法比较简单,因为是转盘式干湿计所以要读湿度只需要会读温度就行了,查表什么的都能省了,以前我刚学用干湿球温度计的时候还需要把温度计翻过来查表呢


【图拉丁】在自家建立小型气象站


查出干湿球的温度然后拨动转盘就可以直接读出湿度


【图拉丁】在自家建立小型气象站


比如现在干球温度23度,湿球温度18.5,相对湿度根据指针显示RH就有58%

必须要说明相对湿度只是个相对参数

相对湿度,指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比。或湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。水的饱和蒸气压随着气温不同也在变化,通俗来说一般随着温度的下降空气中能承载的水蒸气的量会减小,因此若是气温下降而空气中水汽压不变,相对湿度也会变大


【图拉丁】在自家建立小型气象站


然后挂上就行了 记得经常加水 可能的话,加蒸馏水

蒸馏水不贵,那会儿折腾摩托车电瓶的时候一瓶好几升的也就十块二十块包邮的,基本就是邮费 电瓶用蒸馏水本身很便宜


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这箱子真的能保证温度计不被太阳直射吗?我反正心里是有一个或者两个的“?”的,为以防万一,咱决定把这东西放在树下


【图拉丁】在自家建立小型气象站


然后咱还需要知道气压


【图拉丁】在自家建立小型气象站


其实现在的气压传感器真的非常便宜,工业用气压模块也就几十块钱吧,然而咱还是坚持买更贵但是看上去更实在的指针表


【图拉丁】在自家建立小型气象站


咱玩电子也一样,相比随时可能炸表死机的数字表咱更愿意相信指针表

很多时候数字表受到干扰(比如逆变器输出的直流电有高频交流分量)量出来的电压或者电流等参数是错的的时候,指针表就没事,至少误差较小


【图拉丁】在自家建立小型气象站


并没有湿度表和温度表

你家带温湿度的气压表比这个单气压表+上面那个温湿度表还贵,而且论精度恐怕不如干湿球温湿度计

这东西贵在精度5hpa,不过说明书说的使用前要调节当地大气压这事咱就比较迷惑了,气压表量出来的不就是表压吗?为什么还需要调表啊


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这东西来的时候还带着个垫,不知道干啥的。顺道说下,卖家应该是忘填单了,现在这东西物流显示未发货,我很想知道卖家怎么办才能拿到货款

气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等参数有关,一般随高度升高按指数律递减

气压与海拔的关系气压有日变化和年变化。一年之中,冬季比夏季气压高。一天中,气压有一个最高值、一个最低值,分别出现在9~10时和15~16时,还有一个次高值和一个次低值,分别出现在21~22时和3~4时。气压日变化幅度较小,一般为0.1~0.4千帕,并随纬度增高而减小。气压变化与风、天气的好坏等关系密切,因而是重要气象因子

咱只需要记住一般高压代表晴朗天气低压代表阴雨就可以了


【图拉丁】在自家建立小型气象站


然后咱需要测风力风向了,在开始之前,咱还从院子里刨出来了之前咱5块钱买的模型玩具


【图拉丁】在自家建立小型气象站


其实咱这次要组装的这个风力风向计也和那个模型差不多,只不过是木箱+金属风力风向标的


【图拉丁】在自家建立小型气象站


J283风力风向计,这玩意也得四五十块钱吧,不贵

要知道对面小区的那个带传感器的风碗少说得要一百多


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这还只是个手持


【图拉丁】在自家建立小型气象站


工业用的更贵,我怀疑这东西根本不零售


【图拉丁】在自家建立小型气象站


总之,咱还是好好组装吧


【图拉丁】在自家建立小型气象站



【图拉丁】在自家建立小型气象站


件不算多,简单看看说明书就能知道怎么组装


【图拉丁】在自家建立小型气象站


首先装立柱,螺纹穿过木箱上预留的孔之后拧螺丝就行了,有点后悔没带活扳子,不过用手也能勉强拧好


【图拉丁】在自家建立小型气象站


惭愧,这东西咱一时间没弄明白怎么装,总之咱满脑子当时就想着装指示板了


【图拉丁】在自家建立小型气象站


最后指示板也没装指针,也没掰开


【图拉丁】在自家建立小型气象站


简单的装上风杯之后,在微风下风杯就开始转动了,然而风力多强咱无法从风杯得知,但是可以根据挡风板在指示板上对应的刻度读数,因为设备符合国家标准所以读出来的风力等级就是实际风力等级


【图拉丁】在自家建立小型气象站


此外,这个套装里面有指南针


【图拉丁】在自家建立小型气象站


装好指南针之后,在需要测定的时候装上套筒以及上面一套设备即可


【图拉丁】在自家建立小型气象站


平时风力计上的风碗风向标都可以收在下面箱子里

箱子整个锁百叶箱中就可以了


【图拉丁】在自家建立小型气象站


咱特意拿的之前10块钱包邮的户外指南针也没用上

需要注意的是,楼群中的风向方向是不定的,测出的风速风向不准确。还好这套系统不大,可以携带到山上使用


【图拉丁】在自家建立小型气象站


然后咱还需要准备一个雨量计测量降水量


【图拉丁】在自家建立小型气象站


16022雨量器

雨量器是专门用于收集降水的器具,同时与之配套使用的还有雨 量量筒,雨量量筒以毫米为单位,用于测定降水量。为了防止雨水的溅失和筒口变形,承水器的边 缘处设置了内直外斜的刀刃状铜圈,承水器包括两种,有漏斗的是用于 接雨水的承雨器,没有漏斗的是用于接降雪的承雪器


【图拉丁】在自家建立小型气象站


打开一看就是个塑料漏斗加量杯 一个外筒


【图拉丁】在自家建立小型气象站


做工非常感人,不过谁让咱只能买得起塑料的呢

钢筒倒是好一个150爱买不买


【图拉丁】在自家建立小型气象站


雨量器的主要原理是将降水收集至一个已知面积承水口的储水瓶中后,使用专用量杯量取,测量出降雨量后人工记载

降雪季节将储水瓶取出,换上不带漏斗的筒口 待雪融化后再读数


【图拉丁】在自家建立小型气象站


16022的口内径为200mm

降水量(precipitation )是指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)水,未经蒸发、渗透、流失,而在水平面上积聚的深度。以mm为单位,气象观测中取一位小数

1毫米的降水量是指在一单位面积上的降水量到达水深1毫米

10毫米以下称为小雨,10.0-24.9毫米为中雨,25.0-49.9毫米为大雨,暴雨为50.0-99.9毫米,大暴雨为100.0-250.0毫米,超过250.0毫米的称为特大暴雨


【图拉丁】在自家建立小型气象站


因为都是国家标准规定的标准件,所以测算降水量相对来说还是比较容易的。说实在的,测量误差其实相比设备来说,更多的因素在人为:

关于普通雨量器降水量观察误差分析

ac10959355

买钢筒雨量计未必就有多准,因为引起误差的因素更多和雨量计材料无关

溅水误差 蒸发误差 动力误差 仪器误差和操作误差里面,只有仪器误差和仪器有关,而且仪器误差是指仪器生产缺陷导致的误差,缺陷可不管你是用什么材料,没有有无的问题,只有多少的问题


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最后咱把东西都收箱子里就暂且回了


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这个箱子还有很多活要干呢,天色已晚,改天再说


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当初玩无线电的时候捡来的MMDS微波抛物面天线,2500MHZ正好接近现在无线网的频率,也许可以用来增加无线网连接距离


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最后关于之前说的卫星云图:带你步入SDR(软件无线电)的大门


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果然骑车上山找地方一坐感觉最好了


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【图拉丁】在自家建立小型气象站


昨天的天气也很好,山上人很多……


【图拉丁】在自家建立小型气象站


打开收音机开短波,可以接收到莫名其妙的滴答声,就可能是SSTV的短波转发

收音机是可以通过SSTV等方式接收图片的,比如很多气象资料就可以通过地面接收卫星信号后使用短波转发


【图拉丁】在自家建立小型气象站


短波接收可以使用外接天线改善接收效果


【图拉丁】在自家建立小型气象站


至于气象卫星的下行信号则需要在每天固定的时间点守听接收,使用RTL SDR原装天线勉强能收,最好还是用八木天线或者四臂螺旋天线,惭愧


【图拉丁】在自家建立小型气象站


山上电磁环境不错,干扰少,像是手台常见的频段都没了信号,除了几个中继


【图拉丁】在自家建立小型气象站


如果SDR使用得当,收到的气象卫星云图应该是这样 的:↑ 然而,咱很蔡,至今玩SDR也就听听航空广播,列车调度,出租车电台之类的,别说卫星,国际空间站玩全球广播的时候咱都没听到


【图拉丁】在自家建立小型气象站


上山闲玩

咱之所以这么喜欢把车改成这个样子就是因为咱喜欢这种阅兵涂装


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这老钢架R901也是我一年前150收的,这个车我用来作为写面向小白的公路自行车教程 的素材 出过150元的公路车视频 :ac4457159

文章我应该是没写过的,当时咱也是公路车小白,第一次有自己能骑的公路车,很难写出好文章

即使现在,咱也只能说比小白强一点,和大佬是没法比的 要写公路车测评恐怕还是漏洞百出的,不过换个方向说捡垃圾咱就比较有把握了

(真的有必要吗?现在铝架公路车又不贵,尤其是二手非常便宜的)


【图拉丁】在自家建立小型气象站


学习环境


【图拉丁】在自家建立小型气象站


最后我回家才想起来还落了一个测大气中颗粒物含量的项目


【图拉丁】在自家建立小型气象站


这瓶白凡士林昨天上山之前想起来去药店买的


【图拉丁】在自家建立小型气象站


话说这东西能吃吗?


【图拉丁】在自家建立小型气象站


简易的测空气质量其实就这么简单的涂抹在打印纸上就可以了,然后可以使用光学显微镜观测收集到的微粒


【图拉丁】在自家建立小型气象站


PM2.5 虽然光学显微镜可见(只需要120倍),但是个人认为这个东西并不能有效被这么简单的收集,个人认为未来结合实际需求,有必要对现有的气象平台进行一次全面自动化改制,自动化改制后要实现自动收集资料以及免维护的要求,为达到这个要求需要准备一个板载SOC的微型电脑,比如树莓派。MCU应该是不行

现在传感器我们倒是有很多


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如果有树莓派的话就好了,这样气象站可以进行全面自动化改制,一改目前摸索探究的实验性方案


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