这个无人值守气象站，信号比WiFi还强？

8月27日，2021年全国大学生物联网设计竞赛（华为杯）全国总决赛在上海紫竹科学园落下帷幕。时隔一月有余，喜讯如期而至，兰州大学物理科学与技术学院参赛队作品“基于LoRa的无人值守气象站系统”在西北赛区斩获一等奖之后，继而取得了全国二等奖的优异成绩。

参赛队由高级工程师李训栓担任指导老师。队伍成员并不多，只有两名女生。一个是材料与能源学院2019级材料化学专业本科生李佳月，另一个是物理科学与技术学院2020级微电子科学与工程专业本科生李佳谕。

谈及当时的心情，队长李佳月犹记得在进行决赛的视频答辩时，她还在紧张于演示过程中是否会出现故障，如今她和她的伙伴李佳谕已经能从容回忆起这三个月的点点滴滴……

从1.0到2.0，这个气象站不简单

这不是李佳月第一次参加专业技能大赛。2020年11月27日，在第三届全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛暨智能互联创新大赛中，当时还是大二学生的李佳月站在颁奖台上，面带微笑，意气风发。她和学长张云龙一同设计的作品 “无人值守远程小型气象站系统的研制”荣获全国二等奖。这就是无人值守气象站的1.0版本。

满足偏远地区大量布设气象站的需求是项目的初衷，“我国地貌非常丰富，在一些戈壁、沙漠、高山等地区，很难搭建传统意义上的大型专业气象站，也就无法取得有效数量的气象数据。而小型气象站就可以胜任这项工作，它拥有体积小、易放置、随开随测等特点，完全可以提供复杂地形地区的气象信息。”

虽然取得了优异成绩，但是她和指导老师李训栓都认为项目仍然有可以深入挖掘的地方。“我能不能结合新技术，做一个小型的气象站来实现集远距离无线传输、实时监测多个节点数据于一体的功能，使我们国家的自动站资料更加完善呢？”时隔一年，在李训栓的指引下，她萌生了将LoRa技术与无人值守气象站结合的想法，并将项目命名为 “基于LoRa的无人值守气象站系统”。

LoRa是一种新兴的传输技术，可以实现远距离无线传输，具有广覆盖、低消耗、安全性高、成本低、高容量等特点。相比于传输距离不超过300米的WiFi，它的传输距离可达2000米。

为了取长补短，李佳月找了一直想做项目的李佳谕合作，两人一拍即合，决定一起完成这个项目。在李训栓的指导下，两人渐渐完善了无人值守气象站2.0版本的系统设计：她们将在PC机软件、高性能单片机和LoRa无线传输模块的基础上，设置针对多个节点的温湿度、风速、PM2.5传感器，加入OLED显示模块和太阳能电池-锂电池供电模块，设计出一套能够在PC端实时监测多个节点气象数据、并实现远距离传输数据的无人值守远程小型气象站系统。

为了提升项目效率，两人决定以赛促练，参加全国大学生物联网设计竞赛。竞赛于2014年首次举办，每年一届，覆盖高校超过500所，已经成为国内物联网领域最具规模和影响力的赛事。2021年的竞赛虽然受到疫情的影响，仍有来自国内571所高校的6945名学生和1461名指导教师组成的1475支队伍参赛———这是一场并不轻松的同台竞技。

赛事时间很紧张，因此周末和暑假的时间对于两人来说都弥足珍贵。李佳月暑假一直留校，李佳谕也只回家了十多天。期末考试结束后的第二天，两人就开始了实验室生活，她们早上8时参加学院组织的暑期学校，晚上则在实验室待到22时才回去，一天中的大半时间都待在实验室，“一开始对实验室还很陌生，现在已经对各种器材的位置如数家珍了”。

在忙碌的日子里看一场晚霞

科学的突破始于一点点细微的积累。32单片机和上位机软件的学习与编写对项目的完成是必不可少的，但对于两人却是一头不容忽视的 “拦路虎”。在学校的支持和培养下，两人还是向陌生领域发起挑战。之前有过单片机运用相关经验的李佳谕承担了单片机程序部分的编写，而李佳月则承担了上位机部分的编写。其余部分则由两人共同完成。

两人最初利用休息时间进行自学，但碎片化的学习时间并没有给项目带来很大的进展。李训栓为了让她们的工作更加高效，利用周末时间来对她们进行系统的培训，随着两人对单片机和上位机的了解进一步加深，很快就在实验室开始了正式的编程工作。

然而编写代码的过程并不是一帆风顺，两人在写代码时屡屡碰壁。查错的过程可谓是“痛苦至极”，但她们也坚持待在电脑前，从头开始检查每一处语法，“有的时候真的很痛苦，因为需要一直对着电脑改，改着改着脑子就会很混乱。这时候我们会聊聊天缓解一下，或者是走到走廊尽头看一下风景，榆中的晚霞特别好看。”

自供电系统作为系统的主要创新点之一，其制作也并不容易。由于此前没有相关经验，也找不到可以直接借鉴的相关器件参数，两人在购买器件上花了很多时间。她们一遍遍地进行试验，只是为了在控制成本的条件下达到最大化的成果，最终她们成功了。如今市面上多数的自动气象站都只能达到国家要求的3到4天离网工作，而两人研发的供电系统在没有太阳光的情况下也可以运行5—6天。

2021年7月15日的雨夜对于两人来说，是印象深刻的一夜。当时临近提交作品完整设计方案和实物演示视频的截止时间，两人在实验室匆匆忙忙提交完视频，刚好过了凌晨12点，不由得十分庆幸。“最后回去的时候，我们是冒着大雨，抱着电脑回的宿舍，当时还挺感动的，因为值班室还有人在值班，我们就不用睡在实验室了。”

在进行最终测试时，她们将用于实验的两个节点分别放在萃英山上和贺兰堂前，来模拟不同地区的不同气象，结果不负众望。当然，作品还有很多可以改进的空间，两人都在认真地总结可以优化的地方：“比如电源模块可以增加控制功率模块、单片机和上位机软件的通讯可以优化等……”

对于她们来说，在全国大学生物联网设计竞赛总决赛获得二等奖并不是终点。在已经立项的国家级大学生创新创业训练计划项目 《基于LoRa的电功率监测系统》中，将见到两人继续钻研的身影。

“获不获奖不重要，学有所得才是关键”

“这并不是我们最理想的成绩，前两年我们都获得了全国一等奖。”李训栓自2013年就开始指导学生参加各类专业技能竞赛，他不仅见证了学院各类创新实验室的成立与完善，还能骄傲地列举数年来学院师生在专业技能竞赛方面的种种成就。他比了个手势，以示这些年获得的奖状已经厚厚一摞：“从2013年开始到现在，光是创新实验室，我们省部级上的奖项拿了有70余项，国家级的奖项也有10余项。”

作为带队经验丰富的老将，李训栓不仅能够非常迅速地看出学生的问题所在，还能积极引导学生自己发现问题、解决问题，“这样学来的知识才是自己的”。李佳月和李佳谕不止一次提到李训栓在竞赛过程中提供的帮助。“老师对我们真的特别好。有时候我们要用的一些零件可能放在置物架上的盒子里，我们不一定拿得动，老师就会直接过来帮我们拿。”此外，李训栓更是在系统设计和物资采购上积极帮助缺少大赛经验的两人，以节约时间成本。

在李训栓看来，参赛的好处对师生都是显而易见的。对于学生而言，参赛不仅可以使他们掌握大量科研实践的专业技能，包括硬件设计、软件编写、仪器使用、精加工技术、项目规划、成果总结等，还培养了他们迎难而上、解决问题的勇气和毅力。对于教师而言，他们也能在攻破技术难点的过程中有所收获，无论是科研水平还是教学能力。

“其实获不获奖并不是最重要的，关键在于能让学生开阔眼界，打开一个全新的领域，积累一定的经验。我觉得这个是非常有意义的。”李训栓说。每一场比赛的结果都是未知的，但是学院始终在不计成本地为参赛学生提供项目所需的一切条件，无论是硬件设施还是政策支持。学院不仅提供了向本科生开放的各类实验室和仪器耗材，鼓励学生自主研究，还专人负责培训、组织、选拔参赛队员，资助创新实验小组开展相关研究。

“决赛的时候我印象比较深，当时我提前来实验室进行一个调试，因为担心会错失唯一的答辩机会。”李佳月回忆说，在决赛的前一天，李训栓还帮忙进行了PPT修改和答辩模拟，“但是提前进入会议室等待的5分钟还是特别紧张。我是第一次进行这种大型比赛的答辩，既担心辜负了我们自己投入的时间跟精力，也害怕对不起老师提供的帮助。”

在长期的项目准备过程中，师生建立了融洽的关系和深厚的友谊。李佳谕会调侃老师，老师也会在沉闷的实验室和学生聊天，以放松学生紧绷的神经；李训栓则会认真地夸奖两人认真踏实、持之以恒的科研品格，偶尔请学生吃火锅。

获奖不是她们唯一的标签

陌生人总因为两人名字的相似性，而把她们当成亲姐妹，实际上这只是一种巧合，“没有啦，我们不是亲姐妹胜似亲姐妹。”李佳月笑着摆摆手。两人大一时是关系亲密的同学，还曾一同出演了2019年学院迎新晚会的节目《达拉崩吧》。但出于对微电子科学专业的兴趣，李佳谕主动降学一年，成了“学妹”。好在不同的年级并没有切断两人的联系，两人仍然是好朋友。

与她们给人的秀气、认真、礼貌的第一印象不同，队名“发际线总是在和我作对”悄悄暴露了“00后”女孩俏皮的个性。在惬意的傍晚时分，她们会约上其他同学，买上可口的零食，在田径场的草坪上围坐成一圈，吹着轻轻的晚风，玩不重样的桌游。“我们玩得好的同学有那种小群，一般谁想出去耍就在群里喊人，”李佳月笑着说，“不过一般都是我提议。”

求索之路困难重重，在苦闷情绪难以排遣的深夜，她们会在满是计算公式的黑板上 “苦中作乐”，用粉笔写上有关昵称的涂鸦；在每一个寻求进步而不得不忍受枯燥的黄昏，她们会走到贺兰堂5楼的走廊尽头，静静观赏榆中金色的晚霞，思绪随着目光从天的那头飘向这头。

除了2021年全国大学生物联网设计大赛获奖者的标签，她们还有一些其他的身份。李佳月喜爱看动漫，是学院社团活动和文体比赛的活跃分子，现任材料与能源学院学生会主席，曾获得如兰州大学“优秀共青团员”、“勤工助学先进个人”等不少荣誉，还获得物理科学与技术学院2021年春季运动会女子组跳远金奖等。

李佳谕则是一名“手艺人”，一直在尝试各种不同类型的手工创作，黏土、羊毛毡戳戳乐、DIY手机壳……她仅靠自学便可以将简单的材料制作成精致可爱的手工艺作品；在公众号“RLU兰大之声”的推文末尾，总能看见她的姓名出现在“技术保障”那一栏。

“有意思”和“热爱”是对话中出现的高频词。无论是老师，还是学生，在介绍项目的每一个细节时，在抚摸实验室的每一个仪器时，他们的脸上总会浮现一种珍重和愉悦的神色。“以后我们还会读研，继续钻研有益于社会的科研项目。”在宁静的萃英山下，李佳月和李佳谕许下了对科研梦想的承诺。

内容来源｜《兰州大学报》总第1010期

文字｜谢雅婷

编辑 | 吴新月

责任编辑｜王雯琪

主编｜肖坤