樹莓派 DIY 氣象站建置指南：風速雨量怎麼測、資料怎麼傳回來

自建氣象站是樹莓派最經典的專案之一，但真正動手時會遇到兩個現實問題：機械式感測器要怎麼接，以及裝在戶外的機器要怎麼把資料傳回室內。這篇把整套流程拆開講。

一、氣象觀測要哪些感測器

一個完整的氣象站通常包含這幾項，其中前三項需要機械式儀器，無法用晶片取代：

• 風速（風杯式風速計）：風杯轉動時觸發磁簧開關，靠「單位時間內的脈衝數」換算風速。
• 風向（風向標）：內部是一組不同阻值的電阻，風向標指到不同方位會接通不同電阻，因此需要 ADC（類比數位轉換） 才能讀值。
• 雨量（翻斗式雨量計）：每累積固定水量翻斗就傾倒一次並觸發一個脈衝，累計脈衝數就是降雨量。
• 溫濕度、氣壓：用 BME280 這類環境感測晶片即可。

SparkFun 氣象儀套件把風速計、風向標、翻斗式雨量計做成一組，採用 RJ11 接頭，省去自己找機械件與校正的麻煩，是入門最快的做法。

二、風向標為什麼需要 ADC

這是最多人卡住的地方。樹莓派的 GPIO 沒有內建類比輸入，只能讀高低電位。風向標輸出的是連續變化的電壓，所以中間必須加一顆 ADC。

如果只是讀風向，一般 8 通道 ADC 就夠用；但若你打算同時接土壤濕度、日照、水位等多組類比感測器，建議直接上通道數與解析度都更高的 Pi-16ADC 16 通道 16 位元 ADC HAT，走 I2C 介面，之後要擴充比較不會又要重接一次線。

三、資料怎麼從戶外傳回來

氣象站通常裝在頂樓或空曠處，那裡多半收不到穩定的 Wi-Fi。三種常見做法：

• 拉網路線 + PoE：最穩定。用一條網路線同時供電與傳資料，不必在戶外另外找插座。
• LoRa 無線：適合幾百公尺到數公里的距離，功耗低。Waveshare LoRa HAT 915MHz 採展頻調變，開闊地可達數公里。台灣 ISM 頻段請使用 915MHz 版本，不要買 868MHz（歐規）。
• LoRaWAN + GNSS：若要接入 LoRaWAN 網路，或需要同時記錄座標（例如移動式觀測），SX1262 LoRaWAN + GNSS 擴充板把兩種功能整合在同一片上。

四、戶外部署的注意事項

• 百葉箱不是裝飾：溫度感測器若直接曬到太陽，白天讀值會比實際氣溫高上好幾度。一定要遮蔽且保持通風。
• 雨量計要水平：翻斗式雨量計沒有校水平的話，翻倒的水量會不準，長期累積誤差很大。
• 供電要留餘裕：戶外溫度變化會影響電池效率，用電池供電時建議搭配不斷電模組，例如 Waveshare UPS 3S 不斷電模組（18650×3，5V 5A 輸出），避免半夜斷電導致資料斷檔。
• 先想好資料要存哪裡：氣象資料的價值來自長期連續性，一開始就把寫入資料庫與備份流程做好，比事後補救容易得多。

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