艾達(dá)動(dòng)力氣象站

在很久以后的歷史中，我們知道拿破侖在 1812 年入侵俄羅斯受到阻礙，因?yàn)樵摷竟?jié)的降雪和寒冷天氣比他和他的將軍們計(jì)劃的要早。這與俄羅斯民兵的襲擊相結(jié)合，幫助擊敗了法國人，法國人帶著 500,00 名士兵入侵，只剩下 20,000 名幸存者。一百三十年后，當(dāng)希特勒對(duì)蘇聯(lián)的入侵再次被嚴(yán)寒的冬季天氣部分挫敗時(shí)，這種情況再次發(fā)生。

在 20 世紀(jì)，惡劣的天氣條件帶來了大規(guī)模的人口遷移，包括 1930 年代美國的沙塵暴、整個(gè)世紀(jì)亞洲的多次干旱以及非洲薩赫勒地區(qū)的三個(gè)重要干旱時(shí)期。造成許多人死亡和影響的個(gè)別事件包括 1952 年倫敦的大煙霧事件，該事件在 12 月的五天內(nèi)造成 4,000 人死亡，美國東海岸的許多颶風(fēng)影響，以及幾場(chǎng)值得注意的暴風(fēng)雪。人對(duì)環(huán)境的影響也可以從天氣中看到，在最近的事件中，當(dāng)烏克蘭切爾諾貝利的反應(yīng)堆事故釋放出放射性粒子時(shí)，被蘇聯(lián)以外的傳感器檢測(cè)到，并使用復(fù)雜的天氣傳感器和氣象模型追溯到切爾諾貝利。以類似的方式，當(dāng)?shù)貧庀髢x器被用來幫助估計(jì) 1991 年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間油井大火產(chǎn)生的煙霧和煤煙的影響。

今天，風(fēng)和其他天氣變量同樣受到關(guān)注，并且可能對(duì)我們現(xiàn)代高科技生活方式產(chǎn)生更大的影響。天氣影響廣泛的人類活動(dòng)，包括農(nóng)業(yè)、交通和休閑時(shí)間。通常，這些影響涉及氣體和微粒在大氣中的移動(dòng)。現(xiàn)代天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)旨在以具有成本效益的方式進(jìn)行必要的測(cè)量，以跟蹤這些運(yùn)動(dòng)。這要求將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總生命周期成本降至最低，而做到這一點(diǎn)的一種方法是盡量減少或消除對(duì)天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的維護(hù)。使用固態(tài)系統(tǒng)來測(cè)量天氣，包括風(fēng)速和風(fēng)向，對(duì)于最大限度地減少設(shè)備維修和成本至關(guān)重要。傳統(tǒng)的天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由單獨(dú)的傳感器組成，用于測(cè)量一個(gè)氣象變量，每個(gè)傳感器都連接到數(shù)據(jù)收集設(shè)備或記錄器。現(xiàn)代技術(shù)允許將多個(gè)傳感器組合成一個(gè)集成氣象站，該氣象站可以永久位于一個(gè)站點(diǎn)或運(yùn)輸?shù)叫枰植刻鞖獾恼军c(diǎn)。

因此，利用 Ada 的所有強(qiáng)大功能以及一系列 BM1383AGLV 壓力-溫度傳感器，我們將構(gòu)建一個(gè)具有各種應(yīng)用的本地化氣象站。

硬件

1. 樹莓派 3B+

眾所周知，樹莓派是一系列小型單板機(jī)，樹莓派 3B+ 是該家族的最新版本之一。我選擇它是因?yàn)樗僮骺焖偾乙子谔幚恚?Ada 內(nèi)置了對(duì) Raspberry Pi 的支持。

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但 RPI 的主要問題之一是它無法從其 GPIO 讀取模擬輸入。為了克服這個(gè)問題，我選擇了一個(gè)支持 I2C 的傳感器，這樣我就可以輕松地訪問來自傳感器的數(shù)據(jù)。

2.BM1383AGLV

BM1383AGLV 是一種壓阻式壓力傳感器。它對(duì)芯片內(nèi)部的MEMS進(jìn)行溫度補(bǔ)償，因此很容易獲得壓力信息。它由溫度和壓力傳感器組成，并提供 I2C 接口。它可以讀取從 300hPa 到 1100hPa 的壓力和從 -40°C 到 +85°C 的溫度。

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硬件設(shè)置

硬件連接示意圖如下。將 SDA 引腳連接到 GPIO2，將 SCL 引腳連接到 GPIO3。DRDY 引腳是可選的。如果您在代碼中使用它，請(qǐng)將其拉??至 1。

架構(gòu)

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軟件

1. GNAT

GNAT 是 Ada 編程語言的免費(fèi)軟件編譯器，它是 GNU 編譯器集合的一部分。它支持所有版本的語言，即 Ada 2012、Ada 2005、Ada 95 和 Ada 83。

要在 Raspberry Pi 中安裝 GNAT 編譯器，請(qǐng)?jiān)诮K端中輸入以下命令。

sudo apt-get install gnat

2. ADA 代碼

選擇傳感器后，我繼續(xù)搜索任何提供 I2C 支持的 Ada 庫，但我很失望，因?yàn)槲艺也坏健?/font>所以我決定從頭開始為 BM1383AGLV 構(gòu)建一個(gè)庫。

我使用了一些 bash 命令與 I2C 模塊進(jìn)行通信，并且能夠從模塊中讀取數(shù)據(jù)。

i2c檢測(cè)

我使用此命令搜索連接的 I2C 模塊

i2c檢測(cè)

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i2cget

我使用這個(gè)命令來讀取存儲(chǔ)在傳感器中的數(shù)據(jù)。

i2cget

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所以我開始尋找一個(gè)可以執(zhí)行 bash 命令的 Ada 模塊，我找到了Interfaces.C模塊。

使用這段代碼，我能夠在終端中執(zhí)行命令

function System (Cmd : String) return Integer is
function C_System (S : Interfaces.C.char_array) return Integer;
pragma Import (C, C_System, "system");
begin
return C_System (Interfaces.C.To_C (Cmd));
end System;

然后我開始將命令合并到 Ada 代碼中。i2c.adb 文件讀取為

with Interfaces.C;
with Ada.Strings.Fixed;
with GNAT.Expect;
package body i2c is
R,V1: Integer;
W1: String:="i2cset -y -a 1 0x5d 0x12 0x01";
W2: String:="i2cset -y -a 1 0x5d 0x13 0x01";
W3: String:="i2cset -y -a 1 0x5d 0x14 0x9";
R1: String:="i2cget -y -a 1 0x5d 0x19";
R2: String:="i2cget -y -a 1 0x5d 0x1A";
R3: String:="i2cget -y -a 1 0x5d 0x1B";
R4: String:="i2cget -y -a 1 0x5d 0x1C";
procedure write is
function System (Cmd : String) return Integer is
function C_System (S : Interfaces.C.char_array) return Integer;
pragma Import (C, C_System, "system");
begin
return C_System (Interfaces.C.To_C (Cmd));
end System;
pragma Inline (System);
begin
R := System (W1);
DELAY 0.5;
R := System (W2);
R := System (W3);
end write;
procedure read  is
function System (Cmd : String) return Integer is
function C_System (S : Interfaces.C.char_array) return Integer;
pragma Import (C, C_System, "system");
begin
return C_System (Interfaces.C.To_C (Cmd));
end System;
pragma Inline (System);
Com: String:="sudo chmod +x i2c.sh && ./i2c.sh";
begin
V1 := System (Com);
end read;
end i2c;

在職的

現(xiàn)在是檢查工作的時(shí)候了。下載代碼并執(zhí)行以下命令以查看它們是否正常工作。

gprbuild -d aws.gpr -XPrivate_Warnings=FALSE -XModule=MOD_RPI aws.adb

然后你可以在 bin 文件夾中找到一個(gè)可執(zhí)行文件。使用以下命令執(zhí)行它

sudo ./aws

它會(huì)給你這樣的結(jié)果

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未來會(huì)怎樣？

我們現(xiàn)在開發(fā)了一個(gè)本地化的氣象站，能夠不時(shí)監(jiān)測(cè)天氣變量。將這些變量結(jié)合到現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)模型中，我們將能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來幾天的天氣。

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