TESS-W nakts debesu spilgtuma fotometrs: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

TESS-W ir fotometrs, kas paredzēts nakts debesu spilgtuma mērīšanai un nepārtrauktai uzraudzībai, lai veiktu piesārņojuma pētījumus. Tas tika izveidots STARS4ALL H2020 Eiropas projekta laikā ar atvērtu dizainu (aparatūra un programmatūra). Fotometrs TESS-W ir paredzēts datu nosūtīšanai, izmantojot WIFI. Dati tiek vizualizēti reālā laikā un koplietoti (atvērtie dati). Lai iegūtu vairāk informācijas, pārlūkojiet vietni

Šajā dokumentā ir iekļauta tehniskā informācija par TESS-W nakts debesu spilgtuma fotometru un aprakstīts, kā to izveidot. Tas ietver sensora elektroniskās un optiskās shēmas, kā arī laika apstākļu izturīgo korpusu.

Plašāka informācija par TESS fotometru tika sniegta žurnālā Zamorano et al. “STARS4ALL nakts debesu spilgtuma fotometrs” mākslīgās gaismas nakts sanāksmē (ALAN2016) Kluža, Napoka, Rumānija, 2016. gada septembris.

TESS-W ir izstrādājusi komanda, un dizains ir balstīts Cristóbal García darbā.

Šī ir pirmā Instructables darba versija. Sekojiet līdzi jaunumiem.

1. darbība: TESS-W apraksts

Fotometrs ir ievietots laika apstākļu necaurlaidīgā kastē, kurā ir pēc pasūtījuma izgatavota elektronika un optiskās detaļas. TESS ir pēc pasūtījuma izgatavota iespiedshēmas plate (PCB) ar ESP8266. ESP8266 ir lēta WIFI mikroshēma ar pilnu TCP/IP steku un mikrokontrollera iespējām. Elektronisko lieto, lai nolasītu frekvenci, ko nodrošina gaismas sensors TSL237 (nakts debesu spilgtuma datiem), kā arī MLX90614ESF-BA infrasarkano staru termometra modulis (informācijai par mākoņiem).

Debesu spilgtuma detektors ir fotodiods TSL237, kas pārveido gaismu frekvencē. Tas ir tas pats sensors, ko izmanto SQM fotometri. Tomēr joslas caurlaide ir vairāk paplašināta līdz sarkanajam diapazonam, izmantojot dihroisko filtru (uz attēliem marķēts ar UVIR) attiecībā pret SQM krāsu filtru BG38.

Gaisma no debesīm tiek savākta ar optiku, kas ietver dihroisko filtru, lai izvēlētos joslas caurlaidību. Filtrs pilnībā nosedz kolektoru (1). Sensors (nav redzams šajā attēlā) atrodas uz iespiedshēmas plates kopā ar pielāgotu elektroniku (2). WIFI modulis (3) ar antenu kastes iekšpusē, kas paplašina WIFI diapazonu. Tuvās infrasarkanās gaismas sensors (4) tiek izmantots debess temperatūras mērīšanai. Visbeidzot, sildītājs (5) tiek ieslēgts, kad tas ir nepieciešams, lai atbrīvotos no kondensāta uz loga vai pat izkausētu ledu vai sniegu (6). Redzes lauks (FoV) ir FWHM = 17 grādi.

TESS-W spektrālo reakciju salīdzina ar astronomiskajām Džonsona B, V un R fotometriskajām joslām un ar gaismas piesārņoto Madrides debesu un Calar Alto astronomiskās observatorijas tumšo debesu spektriem.

2. solis: TESS-W fotometra elektronika

Elektroniskā tāfele

TESS galvenā sastāvdaļa ir pēc pasūtījuma izgatavota elektroniskā plate (PCB, iespiedshēmas plate).

PCB nepieciešamo failu var lejupielādēt no vietnes

PCB ir izstrādāts tā, lai tas ietilptu izvēlētajā korpusa kastē (sk. Vēlāk).

Galvenās sastāvdaļas

PCB elektroniskās daļas var pārlūkot pievienotajā attēlā un pievienotajā failā.

3. solis: TESS-W fotometra optika

Dizains un sastāvdaļas

Gaisma no debesīm tiek savākta ar optiku, kas ietver dihroisko filtru, lai izvēlētos joslas caurlaidību. Filtrs pilnībā pārklāj kolektoru. Fotometra korpusam ir skaidrs logs, kas ļauj debesu gaismai iekļūt fotometrā. Iekšpuse ir aizsargāta ar stikla caurspīdīgu logu.

Optiskais dizains ir attēlots pirmajā attēlā. Gaisma iziet cauri caurspīdīgajam filtra logam (1) un ieiet caur korpusa pārsega (2) caurumu (3). Caurspīdīgais logs ir pielīmēts pie korpusa pārsega. Dihroiskais filtrs (4) atrodas gaismas kolektora (5) augšpusē. Detektors (6) ir novietots pie kolektora izejas.

Skaidrs logs

Pirmais komponents ir caurspīdīgs logs, kas ļauj gaismai pāriet uz pārējām sastāvdaļām un aizzīmogo fotometru. Šis logs ir izgatavots no stikla (BAK7), jo tam vajadzētu izturēt laika apstākļus. Loga biezums ir 2 mm un diametrs 50 mm. Pārraides līkne ir izmērīta LICA-UCM optiskajā darbagaldā. Tas ir gandrīz nemainīgs ~ 90% viļņu garuma diapazonā 350–1050 nm, tas nozīmē, ka caurspīdīgais logs nemaina gaismas krāsu.

Dihroiskais filtrs

Dihroiskais filtrs ir noapaļots filtrs ar 20 mm diametru, lai pilnībā pārklātu gaismas savācēju. Tas nodrošina, ka detektors nenonāk nefiltrētā gaismā. Tas ir svarīgi, jo TSL237 detektors ir saprātīgs infrasarkanajā (IR). UVIR filtrs ir paredzēts pārraidei no 400 līdz 750 nm, t.i., tas samazina detektora ultravioleto staru reakciju zem 400 nm un IR reakciju virs 750 nm. Pārraides līkne ir līdzīga garas caurlaides un īsas caurlaides filtra kombinācijai ar gandrīz līdzenu reakciju, kas sasniedz gandrīz 100%, mērot LICA-UCM optiskajā darbagaldā (skatiet diagrammas aprakstā)

Gaismas kolektors

Lai savāktu gaismu no debesīm, TESS izmanto gaismas kolektoru. Šis kolektors ir ļoti lēts, jo tas ir izgatavots no plastmasas, izmantojot iesmidzināšanu. Šīs lēcas tiek izmantotas, lai izstarotu gaismu lukturīšos. Iekšējā daļa ir caurspīdīgs paraboloīda atstarotājs. Melnais turētājs neļauj izkliedētai gaismai nokļūt detektorā.

Mēs izmantojam melnās gaismas kolektorus ar nominālo 60 grādu FoV. Lietojot TESS, FoV tiek samazināts, pateicoties detektora novietojumam ārpus kolektora. Galīgais izmērītais FoV (ieskaitot iespējamo vinjetēšanu no korpusa pārsega) ir izmērīts optiskajā darbagaldā. Leņķiskā reakcija ir līdzīga Gausa funkcijai - 17 grādi pilnā platumā ar maksimālo pusi (FWHM).

Kaste

TESS fotometra elektroniku un optiku aizsargā vienkāršs korpuss, kura pamatā ir komerciāla plastmasas kastīte, kas ir piemērota izmantošanai ārpus telpām un pretoties laika apstākļiem.

Kastīte ir maza (ārpusē: 58 x 83 x 34 mm; iekšpusē: 52 x 77 x 20 mm). Kastītei ir skrūvējams vāks, lai piekļūtu iekšpusei. Blīvēta konstrukcija nodrošina pietiekamu aizsardzību pret ūdens un putekļu iekļūšanu. Lai novērstu skrūvju rūsēšanu, oriģinālās skrūves ir nomainītas ar nerūsējošā tērauda skrūvēm.

4. solis: TESS-W korpuss

Kaste

TESS fotometra elektroniku un optiku aizsargā vienkāršs korpuss, kura pamatā ir komerciāla plastmasas kaste, kas ir piemērota izmantošanai ārpus telpām un pretoties laika apstākļiem.

Kastīte ir maza (ārpusē: 58 x 83 x 34 mm; iekšpusē: 52 x 77 x 20 mm). Kastītei ir skrūvējams vāks, lai piekļūtu iekšpusei. Blīvēta konstrukcija nodrošina pietiekamu aizsardzību pret ūdens un putekļu iekļūšanu. Lai novērstu skrūvju rūsēšanu, oriģinālās skrūves ir nomainītas ar nerūsējošā tērauda skrūvēm.

Kastes apstrāde

Uz kastes ir jāveic vienkārša apstrāde. Loga, kas ļauj gaismai sasniegt gaismas savācēju, diametrs ir 20 mm. To pārklāj caurspīdīgs logs, kas jāpielīmē ar laika apstākļu izturīgu silikonu. Mazais caurums ir IR termometra ports, un tā diametrs ir 8,5 mm. Kastes otrā pusē ir nepieciešams 12 mm caurums kabeļa blīvgredzenam. Sildītāja nostiprināšanai pie kastes vāka tiek izmantotas divas 2,5 mm perforācijas.

5. solis: TESS-W fotometra uzstādīšana

1. Sagatavošana

1. Krāsojiet kastīti iekšpusē melnā krāsā.

Kastes apstrāde

2. Urbšana:

● 1x 20 mm logam. ● 1x 12 mm kabeļa blīvgredzenam. ● 1x 8,5 mm termopālam. ● 2x 2,5 mm sildītājam. ● 2x 1 mm kastes sānos.

3. Izurbiet sildītāja pretestībai alumīnija difuzora plāksni (1 mm biezums), 4. Pieskrūvējiet pretestību un plāksni pie vāka.5. Līmējiet PCM 8 mm starplikas. Līmējiet caurspīdīgo logu (pretestības sildītājs jāieskrūvē vietā)

Termopils

7. Noņemiet sprieguma regulatoru un savienojiet abus spailes, pielodējot tiltu.8. Lodējiet vienas galvas 4 kontaktu vadu pie plāksnes savienotāja 60 mm garumā.9. Līmējiet termopili pie vāka.

Antena

10. Izurbiet caurumu, lai nostiprinātu antenu pie kastes.11. Apgrieziet antenas stūrus.12. Noņemiet wifi moduļa keramisko antenu, kā arī antenas konektoru un sarkano gaismas diodi.

2. Montāža

Lūdzu, ievērojiet šo secību:

1. Piestipriniet antenu pie kastes, izmantojot skrūvi.2. Novietojiet kabeļa blīvslēgu un strāvas vadu.3. 4. Piestipriniet savācēju (melnu cilindru) pie PCB (divas skrūves). Piestipriniet PCB pie kastes (divas skrūves). Pieskrūvējiet barošanas kabeli pie zaļās plāksnes savienotāja. (Sarkanais vads uz pozitīvu).6. Lodēšanas antenas kabelis uz wifi moduli. Lodēt pret pretestības sildītāju ar vienu galvu 2-pin vadu pie plates savienotāja kabeļa 55 mm.8. Pievienojiet termopili un pretestību (uzmanieties, lai nesabojātu PCB).

Pretestība darbojas kā sildītājs un ir savienota ar vāku ar alumīnija plāksni. Attēli izskaidro turpmākos procesus: antena jāpieskrūvē pie kastes, termopāļa regulators ir nomainīts pret tiltu, un divi PCB starplikas (melnā krāsā) jāpielīmē pie kastes. Kastes iekšpuse ir nokrāsota melnā krāsā.

Viens no attēliem parāda oriģinālo WIFI moduli, kuram ir keramikas antena un kontaktligzda papildu antenas pievienošanai (augšpusē). Mēs izmantojam antenu, kuras kabelis ir pielodēts pie wifi moduļa (apakšā). Ņemiet vērā, ka ir noņemta keramikas antena, kontaktligzda un sarkanā gaismas diode kabeļa tuvumā.

6. solis: TESS-W fotometriskā kalibrēšana

Fotometri jākalibrē, lai pārliecinātos, ka mērījumi no dažādām ierīcēm ir konsekventi. TESS-W ir savstarpēji kalibrēti attiecībā pret galveno fotometru Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) no Universidad Complutense de Madrid.

Iestatījums ir integrējoša sfēra, kuras iekšpusi varētu izgaismot gaismas avots un ar vairākiem optiskiem portiem fotometru savienošanai. Izmantotais gaismas avots ir 596 nm gaismas diode ar 14 nm FWHM.

Ja vēlaties kalibrēt savu TESS-W fotometru, varat sazināties ar LICA-UCM.

7. solis: programmatūra TESS-W

WIFI moduļa programmatūra

Komunikācija un programmatūra

Pilna sistēma ietver sensoru tīklu un programmatūras starpnieku, kas ir starpnieks starp informācijas ražotājiem un patērētājiem, kas ir rezervēts kalibrētiem sensoriem. Kad esat kalibrējis fotometru (skat. 6. darbību), STARS4ALL sniegs jums akreditācijas datus, ko publicēt brokerī.

Ir izstrādāts Python patērētāja paraugs datu glabāšanai SQLite datu bāzē. Šo patērētāju var instalēt vienā vai vairākos datoros vai serveros. Programmatūras galvenās īpašības ir uzskaitītas zemāk:

● Pielāgota programmatūra TESS, kas izstrādāta C.

● MQTT izdevēja programmatūra, kas izstrādāta Arduino IDE un ESP8266 bibliotēkās.

● MQTT brokeris vai nu iekšējā izvietojumā, vai pieejama trešā puse (piemēram, pārbaude mosquitto.org)

● MQTT abonentu programmatūra, kas saņem datus no izdevējiem un saglabā tos relāciju datu bāzē (SQLite).

MQTT ir viegls M2M / lietu interneta protokols, kas piemērots ierobežotām ierīcēm, kurām ir vajadzīgas daudz mazākas izmaksas nekā HTTP sakariem.

Katrs sensors periodiski nosūta mērījumus uz attālo MQTT serveri, izmantojot vietējo maršrutētāju. Šis serveris - MQTT pasaulē nosaukts par “brokeri” - saņem datus no daudziem sensoriem un izplata visām abonētajām pusēm, tādējādi atdalot izdevējus no patērētājiem. Attālo serveri var izvietot vai nu iekšēji projekta centrālajā objektā. Alternatīvi, mēs varam izmantot pieejamus bezmaksas MQTT brokerus, piemēram, test.mosquitto.org.

Jebkurš programmatūras klients var abonēt brokeri un patērēt TESS ierīču publicēto informāciju. Lai apkopotu visus šos datus un saglabātu tos SQLite datu bāzē, tiks izstrādāts īpašs MQTT klients.

Ierīces konfigurācija

● Lai atvieglotu apkopi, instrumentu konfigurācija tiks samazināta līdz minimumam.

● Katrai ierīcei ir nepieciešama šāda konfigurācija:

o WiFi SSID un parole.

o Fotometra kalibrēšanas konstante.

o MQTT Broker IP adrese un ports.

o Instrumentiem draudzīgs nosaukums (unikāls katrai ierīcei)

o MQTT kanāla nosaukums (kā aprakstīts iepriekš)

WiFi konfigurācija

Kad TESS-W pirmo reizi tiek pievienots elektrotīklam, tas izveido WiFi piekļuves punktu. Lietotājs aizpilda iestatījumus, kas ietver WiFi maršrutētāja nosaukumu (SSID) un paroli, fotometrijas nulles punktu un brokera krātuves interneta adresi un nosaukumu. Pēc atiestatīšanas un izslēgšanas un ieslēgšanas cikla TESS fotometrs sāk ražot un sūtīt datus.

Pirmajā palaišanas reizē TESS sākas kā piekļuves punkts ar nosaukumu TESSconfigAP. Mobilajam tālrunim ir jāpievienojas šim piekļuves punktam.

● Pārlūkojiet ar interneta pārlūkprogrammu šādu URL:

● Aizpildiet veidlapu ar parametriem, kas uzskaitīti 2.3

● Pārstartējiet ierīci, kas izveidos savienojumu ar vietējo maršrutētāju.

Kad ierīce zaudē saiti ar WiFi maršrutētāju, pārstartējiet un atkal konfigurējiet sevi kā piekļuves punktu, kas ir ērti mainīt konfigurāciju.

Programmatūra

TESS-W programmaparatūras dokumentāciju var atrast github krātuvē

github.com/cristogg/TESS-W

Par ESP8266https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-w-v2_0/tess-w-v2_0.ino.generic.bin

Mikroprocesoram

8. darbība. Pēdējās piezīmes

Fonds STARS4ALL ir STARS4ALL projekta turpinājums, kas ir atbildīgs par fotometru tīkla TESS-W darbību. Šis ir pilsoņu zinātnes projekts, kas rada interesējošus datus gaismas piesārņojuma pētījumiem.

Kad jūsu fotometrs ir kalibrēts un konfigurēts, mērījumi tiks nosūtīti uz STARS4ALL infrastruktūru. Šos mērījumus var vizualizēt no mūsu platformas (https://tess.stars4all.eu/plots/). Turklāt visus tīklā ģenerētos datus var lejupielādēt no mūsu Zenodo kopienas (https://zenodo.org/communities/stars4all)