可视化天气预报器研究报告

杜雨晴

摘 要 本产品是以Arduino YUN单片机为控制核心，结合8×8LED点阵，连接YAHOO网站的天气API，实现天气预报数据的可视化。采用了简单的外观设计，具有体积小、重量轻、方便携带的特点，是方便使用者获取天气信息的便携设备。

关键词 单片机；可视化；预报器

中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）225-0170-02

Tempescope可视化天气预报器所运用的硬件过多，步骤繁琐，并且对于天气变化的强度显示并不明显。由此我们提出，能否运用所学的单片机知识，设计制作一个LED动态图像的可视化天气预报器。

1 硬件设计

1.1 Arduino 单片机

1）Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。它构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。可搭配各类硬件设备，是理想的选择。

2） Arduino 型号选择。Arduino YUN（图1）是一个基于Atmega32u4和 Ar9331的微控制器。Ar9331运行着一个名为Linino的OpenWrt linux系统。这块控制器带有网络通信和WiFi支持，USB-A端口，Micro-SD插槽，20个输入输出引脚；支持连接I2C、SPI、UART端口。

Arduino YUN的主要部件包括板子上集成的两个处理器。一个是ATmega32u4（标号6），它是Arduino端的控制器，与其连接的是MicorUSB（标号8）和两排数据插座以及ICSP头（标号4）。另一个处理器在标号3部分，与它相连的是网络接口（标号1）、USB host（标号7）以及WiFi（标号2）。

1.2 LED 8×8点阵模块

点阵模块型号选择Dot Matrix-Color模块，这是一个8×8多彩LED显示矩阵模块，可单个点阵或多个点阵级联（组合成不同的形状）使用，用于显示图片或文字，甚至是简单的动画效果。因为Dot Matrix-Color模块能够实现全彩动态图像显示，所以选用LED来呈现不同的天气图像。同时其低电压、低功耗、低成本的特点完全符合项目设计。

1.3 LCD12864模块

LCD12864模块是一款基于12864液晶显示器开发的显示模块。带汉字库图形点阵液晶显示模块，可显示8 192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）和图形显示（128×64点阵）。该模块具有并行和串行接口，背光控制（并行模式时使用），背光开关（串行模式使用），串行、并行模式开关切换功能，对比度调节电位器。接口电路板隐藏于LCD背面，即美观又不影响安装。使用IDC6插座作为SPI串行接口，使用一个IDC6专用连接线即可插接到interface shield上实现串行控制，使用杜邦排线可连接到Arduino传感器扩展板上实现并行控制，可与Arduino控制器组成一个强劲的显示系统。

1.4 硬件电路设计（图2）

2 结构设计

本产品外壳采用了3D打印技术，外形美观且壳体轻盈。考虑到设计初期便携、易使用的目的，我们将外观设计由大小两个简单的长方体拼接而成（小：长8cm宽8cm高6cm；大：长10cm宽8cm高14cm），体积为1 504cm3。

3 程序设计

程序流程分析如图3。

4 实验过程及结果分析

4.1 LED 8×8点阵模块显示图像学习过程

通过在microduino网站查询相关教程学习如何在Dot Matrix-Color模块上显示BMP彩图，利用画图工具画出24位位图的天气预报图像并在Data To Hex中生成相关数组。

4.2 形成多种天气图像，动态图初步形成 （图4）

4.3 LCD128×64液晶显示屏学习过程

通过在DFROBOT网站上查询LCD128×64与Arduino的各项应用实例来了解和学习运用其功能。

利用图形转换软件设置为图像模式，转换相关图像并生成字模；设置为字符模式，转换相关字符并生成图像（图5）。根据生成数组完成显示代码。

4.4 学习连接并设置Arduino YUN与WiFi的过程

1）打开路由器，如果实在没有路由器的，可以通过电脑或手机打开WiFi热点。

2）将Micro usb 插入Arduino yun 板，如果是第一次打开，过一会即可用手机或电脑在WiFi热点下搜到Arduino YUN*********的网络名，如果不是第一次的话，长按ArduinoYun板上的“WLANRST”10s以上即可。这时就可以用手机或电脑连接这个WiFi。

3）打开手机或电脑浏览器（电脑不推荐360，有时不能配置WiFi），在浏览器键入：192.168.240.1 即可登录到Arduino 的配置页面。

4）输入密码后，点击LOG IN。

5）点击Configure ，会跳转到配置WiFi的页面。

6）可以选择更换arduino板子名称及板子密码（默认是Arduino），选择你所在的时区。然后选择自己的WIFI名称，输入密码，REST APIACCESS选择”OPEN”。点击“CONFIGURE&RESTART;”即可配置了，等待配置完成。

4.5 Yahoo网站账号注册及天气预报程序的获取

1）注册（登录）Temboo账号。

2）获取Temboo账号钥密（choreos--Yahoo--Weather--getweather）。

3）选择Arduino的连接型号和所在地址（My device：Arduino YUN Woeld：北京）。

4）复制simple code程序至Arduino。

5）新建标签并将Header File中TEMBOO賬号名作为新标签的名称。

6）通过多次实验归纳将Temboo返回的天气数据一共分为12类：a阵雨、b小雨、c中雨、d大雨、e微风、f中风、g大风、h阴天、i晴天、j雪、k雾霾、i多云。

5 结果分析

1）因为之前所使用的LED8×8点阵屏颜色过于单一，不利于快速地辨别天气图像，所以我们选择使用了具有全彩效果的Dot Matrix-Color模块。

2）与TEMBOO连接后，系统输出的XML一般软件无法转化，最后通过上网调查发现高版本的arduino具有自动解析XML的功能。

参考文献

[1]Tempescope可视化天气预报器[J].发明与创新（中学生），2016（1）：13.

[2]朱江.基于GrADS的数值天气预报可视化系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2010.