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从零搭建农业气象站硬件系统
30 章 · 从入门到部署
📡 完整课程目录
30/30
01
项目总览与目标
架构
农业气象站能做什么？硬件系统架构图、核心传感器选型逻辑、整体成本预算。
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02
主控芯片选型
核心
STM32 vs ESP32 vs Arduino，性能对比、功耗分析、外设资源评估，我为什么推荐ESP32。
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03
传感器基础
协议
数字传感器 vs 模拟传感器，I2C、SPI、UART通信协议入门，如何看数据手册。
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04
温湿度传感器（SHT30）
I2C
原理介绍、I2C通信、接线图、Arduino驱动库安装与测试代码。
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05
大气压力传感器（BMP280）
I2C/SPI
原理介绍、I2C/SPI双模、校准方法、读取海拔高度的技巧。
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06
光照强度传感器（BH1750）
数字
数字光照计原理、I2C地址配置、不同分辨率模式选择、实测对比。
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07
风速传感器（三杯式/超声波）
脉冲
机械式 vs 超声波式，脉冲计数法原理，中断引脚配置，防抖动处理。
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08
风向传感器（电位器式）
ADC
模拟电压读取、ADC转换、风向角度计算、平均风向算法。
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09
雨量传感器（翻斗式）
中断
翻斗计数原理、中断服务程序、雨量累积计算、防溅射设计。
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10
土壤湿度传感器（电容式）
模拟
电容式 vs 电阻式，模拟量读取、标定曲线、防腐蚀措施。
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11
土壤pH传感器
电极
电极原理、信号调理电路、ADC采样、温度补偿、标定液使用。
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12
土壤EC传感器（电导率）
四电极
四电极法原理、交流激励源、电导率与盐分换算、标定流程。
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13
CO₂传感器（MH-Z19B）
NDIR
NDIR非色散红外原理、UART通信、PWM输出模式、自校准与手动校准。
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14
PM2.5传感器（PMS5003）
激光
激光散射原理、UART数据帧解析、浓度计算、风扇控制。
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15
GPS模块（NEO-6M）
定位
定位原理、NMEA-0183协议解析、经纬度提取、UTC时间同步。
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16
太阳能供电系统
能源
太阳能板选型（单晶/多晶）、MPPT充电控制器、锂电池保护板、电量监测。
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17
电源管理电路
电源
LDO vs DC-DC，3.3V/5V电源轨设计、低功耗休眠模式、电源时序控制。
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18
数据存储方案
SD卡
SD卡模块（SPI模式）、FAT32文件系统、CSV数据格式、循环写入策略。
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19
无线通信（LoRa）
远距离
LoRa调制原理、SX1278模块配置、点对点通信、网关汇聚、距离测试。
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20
无线通信（4G Cat.1）
蜂窝
SIM7600模块、AT指令集、MQTT协议、连接阿里云/腾讯云物联网平台。
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21
无线通信（WiFi）
WiFi
ESP32内置WiFi、HTTP POST/GET、JSON数据封装、连接OneNET平台。
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22
本地显示（OLED）
SSD1306
0.96寸OLED屏、SSD1306驱动、U8g2库、中文显示、实时数据刷新。
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23
本地显示（LCD）
字符屏
1602/2004字符屏、I2C转接板、LiquidCrystal库、自定义字符。
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24
按键与交互
人机
矩阵按键、旋转编码器、菜单逻辑设计、参数设置与保存（EEPROM）。
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25
实时时钟（DS3231）
RTC
高精度RTC、I2C通信、温度补偿、备用电池、时间校准。
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26
数据融合与校准
算法
多传感器数据融合、滑动平均滤波、中值滤波、异常值剔除、传感器自检。
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27
低功耗设计
省电
ESP32深度睡眠、定时唤醒、外设电源控制、数据采集间隔优化、电池续航估算。
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28
PCB设计与打样
硬件
原理图绘制（KiCad/EasyEDA）、布局布线要点、天线设计、EMC考虑、打样文件生成。
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29
整机组装与防水
IP67
IP65/67防护等级、防水接头、透气阀、太阳能支架设计、野外固定方式。
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30
系统调试与部署
上线
现场调试流程、数据上云验证、远程固件升级（OTA）、运维告警、成本复盘。
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