第二章：系统架构概览——农业气象站的典型硬件组成

做农业气象站，说白了就是跟四个东西打交道：传感器、MCU、无线模块、电源。这四样东西怎么搭在一起，决定了你的产品能活多久、测得准不准、成本高不高。

我刚开始做这个方向的时候，犯过一个挺傻的错误——把传感器和无线模块的电源直接连在一起，结果无线发射的时候，传感器电压被拉低，数据全飘了。嗯，这种坑踩过一次就记住了。

2.1 传感器：采集数据的“眼睛”

农业气象站要测什么？温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量、光照强度、土壤湿度……每样传感器都有自己的脾气。

典型传感器清单：

我个人习惯，温湿度传感器首选 I2C 接口的。为什么？因为 I2C 只需要两根线，而且大部分 MCU 都自带硬件 I2C，省引脚、省代码。我在项目中遇到过用模拟 I2C 的，结果时序被中断打乱，数据偶尔出错，排查了两天才发现是软件模拟的问题。

2.2 MCU：系统的“大脑”

MCU 选什么？低功耗是第一位。我个人推荐 STM32L 系列或者 Nordic nRF52 系列。前者是通用低功耗王者，后者自带蓝牙，适合无线场景。

MCU 选型要点：

• 休眠功耗： 必须低于 1 µA。我见过标称 2 µA 的芯片，实际跑起来因为外设漏电，直接飙到 10 µA。
• 唤醒时间： 从休眠到开始采集，最好在 1 ms 以内。有些老芯片要几十毫秒，白白浪费电量。
• 外设集成度： 尽量选自带 RTC、ADC、DMA 的。外挂芯片越多，功耗越难控制。

举个例子，我用 STM32L051 做过一个项目，休眠电流 0.8 µA，唤醒后采集一次数据加无线发送，总共耗时 50 ms，平均电流 15 mA。算下来，一节 CR2032 电池能用两年多。

2.3 无线模块：数据的“快递员”

无线模块的选择，取决于你的传输距离和数据量。

常见方案对比：

我个人最常用 LoRa。为什么？因为农业气象站往往分布在田里、山上，离基站远，LoRa 的穿透力和距离是硬道理。我曾经在山区部署过一个站点，LoRa 信号穿过了两座小山包，直线距离 3.2 公里，数据包成功率 98% 以上。

2.4 电源：系统的“心脏”

电源方案决定了你的气象站能活多久。常见的方案有几种：

• 电池 + 太阳能： 最推荐。白天充电，晚上用电池。锂电池选 18650，容量大、便宜、好买。
• 一次性电池： 适合短期部署。用 ER14505 这种锂亚电池，自放电率极低，但大电流放电能力差。
• 超级电容： 适合超低功耗、短寿命场景。但容量有限，撑不过阴天。

电源管理芯片推荐：

我个人的习惯是：MCU 和传感器用 LDO 供电，无线模块用 DC-DC 供电。因为无线模块瞬间电流大，DC-DC 效率高，而传感器对纹波敏感，LDO 更干净。

2.5 系统架构图（文字描述）

一个典型的农业气象站硬件连接是这样的：

太阳能板 → 充电管理 → 锂电池 → 电源管理芯片 → 3.3V 总线
                                                      │
                                                      ├── MCU (STM32L0)
                                                      ├── 传感器 (I2C 总线)
                                                      ├── LoRa 模块 (SPI)
                                                      └── RTC (独立供电)

注意看，RTC 是独立供电的。为什么？因为 MCU 休眠时，RTC 还要继续跑，如果共用电源，MCU 的漏电会影响 RTC 的稳定性。我见过一个设计，RTC 和 MCU 共用 LDO，结果 MCU 休眠时 LDO 输出飘了，RTC 时间一天慢 5 分钟。

好了，系统架构大概就是这样。下一章我会详细讲每个模块的低功耗设计细节，包括怎么选型、怎么布线、怎么调试。你想想看，如果每个环节都省下 1 µA，整个系统就能多活好几个月。