TESS-W éjszakai égbolt fényerő fotométer: 8 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

A TESS-W egy fotométer, amelyet az éjszakai égbolt fényerejének mérésére és folyamatos nyomon követésére terveztek a könnyű szennyeződési vizsgálatokhoz. A STARS4ALL H2020 európai projekt során jött létre, nyílt tervezéssel (hardver és szoftver). A TESS-W fotométert úgy tervezték, hogy adatokat küldjön WIFI-n keresztül. Az adatokat valós időben vizualizálják és megosztják (nyílt adatok). További információkért keresse fel a https://tess.stars4all.eu/ webhelyet.

Ez a dokumentum a TESS-W éjszakai égbolt fényerejének fotométerének néhány technikai részletét tartalmazza, és leírja annak elkészítését. Tartalmazza az érzékelő elektronikus és optikai vázlatait, valamint az időjárásálló burkolatot.

A TESS fotométerrel kapcsolatos további információkat Zamorano et al. „STARS4ALL éjszakai égbolt fényerejű fotométer” a mesterséges fény az éjszakai találkozón (ALAN2016) Kolozsvár, Napoca, Románia, 2016. szeptember.

A TESS-W-t egy csapat fejlesztette ki, és a tervezés alapja Cristóbal García munkája.

Ez az Instructables első működő változata. Tarts velünk.

1. lépés: A TESS-W leírása

A fotométer egy időjárásálló dobozba van csomagolva, amely az egyedi elektronikai és optikai alkatrészeket tartalmazza. A TESS egyedi gyártású nyomtatott áramkörrel (PCB) rendelkezik, ESP8266 -mal. Az ESP8266 egy olcsó WIFI chip, teljes TCP/IP veremmel és mikrovezérlő képességgel. Az elektronika a TSL237 fényérzékelő által biztosított frekvenciát olvassa be (az éjszakai égbolt fényerejének adataihoz), valamint az MLX90614ESF-BA infravörös hőmérő modult (felhőtakaró információkhoz).

Az ég fényerejének érzékelője egy TSL237 fotodióda, amely a fényt frekvenciává alakítja. Ugyanaz az érzékelő, amelyet az SQM fotométerek használnak. Mindazonáltal a sávszélesség kiterjeszthető a vörös tartományra, ha dikróikus szűrőt használnak (UVIR felirattal a parcellákon) az SQM BG38 színszűrőjéhez képest.

Az égből származó fényt az optika gyűjti össze, amely egy dikroikus szűrőt tartalmaz a sávszűrő kiválasztásához. A szűrő teljesen lefedi a gyűjtőt (1). Az érzékelő (ezen a képen nem látható) egy nyomtatott áramköri lapon található az egyedi elektronikával (2) együtt. A WIFI modul (3) a doboz belsejében lévő antennával, amely kiterjeszti a WIFI tartományt. A közeli infravörös érzékelő (4) az ég hőmérsékletének mérésére szolgál. Végül a fűtőtestet (5) bekapcsolják, ha szükséges, hogy megszabaduljanak a páralecsapódástól az ablakon, vagy akár a jég vagy a hó elolvadásához (6). A látómező (FoV) FWHM = 17 fok.

A TESS-W spektrális válaszát összehasonlítják a csillagászati Johnson B, V és R fotometriai sávokkal, valamint a madridi fényszennyezett égbolt és a Calar Alto csillagászati obszervatórium sötét égbolt spektrumával.

2. lépés: TESS-W fotométer elektronika

Elektronikus tábla

A TESS fő alkotóeleme egy egyedi gyártású elektronikus kártya (PCB, nyomtatott áramkör).

A PCB-hez szükséges fájl letölthető a következő címről:

A NYÁK -ot úgy tervezték, hogy illeszkedjen a kiválasztott szekrénybe (lásd később).

Fő összetevők

A nyomtatott áramköri lapok elektronikus alkatrészei a mellékelt képen és a mellékelt fájlban böngészhetők.

3. lépés: TESS-W fotométer optika

Tervezés és alkatrészek

Az égből származó fényt az optika gyűjti össze, amely egy dikroikus szűrőt tartalmaz a sávszűrő kiválasztásához. A szűrő teljesen lefedi a kollektorot. A fotométer burkolatának tiszta ablaka van, amely lehetővé teszi az égbolt fényének bejutását a fotométerbe. Belsejét üvegtisztító ablak védi.

Az optikai kialakítás az első ábrán látható. A fény áthalad az átlátszó szűrőablakon (1), és belép a ház fedelének (2) lyukán (3). Az átlátszó ablak a burkolatra van ragasztva. A dikroikus szűrő (4) a fénygyűjtő (5) tetején található. Az érzékelőt (6) a kollektor kijáratánál helyezték el.

A tiszta ablak

Az első alkatrész egy átlátszó ablak, amely lehetővé teszi a fény átjutását a többi alkatrészhez, és lezárja a fotométert. Ez egy üvegből készült ablak (BAK7), mert ellen kell állnia az időjárásnak. Az ablak vastagsága 2 mm, átmérője 50 mm. Az átviteli görbét a LICA-UCM optikai munkaasztalon mérték. A 350 nm -1050 nm hullámhossztartományban szinte állandó ~ 90%, ami azt jelenti, hogy a tiszta ablak nem változtatja meg a fény színét.

A dikroikus szűrő

A dikroikus szűrő egy 20 mm átmérőjű, lekerekített szűrő, amely teljesen lefedi a fénygyűjtőt. Ez biztosítja, hogy nincs szűretlen fény az érzékelőhöz. Ez azért fontos, mert a TSL237 érzékelő érzékeny az infravörös (IR) rendszerben. Az UVIR szűrőt 400 és 750 nm közötti átvitelre tervezték, azaz 400 nm alá csökkenti az érzékelő ultraibolya válaszát és 750 nm felett az IR választ. Az átviteli görbe hasonló a hosszú és egy rövid áteresztő szűrő kombinációjához, szinte lapos válasz, amely eléri a 100% -ot, a LICA-UCM optikai munkaasztalon mérve (lásd a diagramokat a leírásban)

A fénygyűjtő

Az égből érkező fény összegyűjtése érdekében a TESS fénygyűjtőt használ. Ez a kollektor nagyon olcsó, mivel műanyagból készül fröccsöntéssel. Ezeket az objektíveket a zseblámpák fényének sugárzására használják. A belső rész átlátszó paraboloid reflektor. A fekete tartó megakadályozza, hogy a kóbor fény elérje az érzékelőt.

Fekete fénygyűjtőket használunk névleges 60 fokos FoV értékkel. Ha a TESS -ben használják, a FoV csökken az érzékelőnek a kollektoron kívüli helyzete miatt. A végső mért FoV értéket (beleértve a szekrény fedelének esetleges matricázását is) az optikai munkaasztalon mértük. A szögválasz hasonló a Gauss -függvényhez: 17 fok, teljes szélesség, maximum fele (FWHM).

A doboz

A TESS fotométer elektronikáját és optikáját egy egyszerű, műanyag dobozon alapuló ház védi, amely alkalmas kültéri használatra és ellenáll az időjárásnak.

A doboz kicsi (kívül: 58 x 83 x 34 mm; belül: 52 x 77 x 20 mm). A doboz csavaros fedéllel rendelkezik, hogy hozzáférjen a belsejéhez. A lezárt szerkezet elegendő védelmet nyújt a víz és a por bejutása ellen. Annak érdekében, hogy a csavarok ne rozsdásodjanak, az eredeti csavarokat rozsdamentes acél csavarokkal cserélték ki.

4. lépés: TESS-W ház

A doboz

A TESS fotométer elektronikáját és optikáját egy egyszerű, műanyag dobozon alapuló ház védi, amely alkalmas kültéri használatra és ellenáll az időjárásnak.

A doboz kicsi (kívül: 58 x 83 x 34 mm; belül: 52 x 77 x 20 mm). A doboz csavaros fedéllel rendelkezik, hogy hozzáférjen a belsejéhez. A lezárt szerkezet elegendő védelmet nyújt a víz és a por bejutása ellen. Annak érdekében, hogy a csavarok ne rozsdásodjanak, az eredeti csavarokat rozsdamentes acél csavarokkal cserélték ki.

Dobozos megmunkálás

Szükséges néhány egyszerű megmunkálás a dobozon. Az ablak, amely lehetővé teszi a fény elérését a fénygyűjtőbe, átmérője 20 mm. Átlátszó ablak borítja, amelyet időjárásálló szilikonnal kell ragasztani. A kis lyuk az infravörös hőmérő portja, átmérője 8,5 mm. A doboz másik oldalán 12 mm -es lyuk szükséges a kábel tömszelencéhez. A két 2,5 mm -es lyuk segítségével rögzítheti a fűtőtestet a doboz fedelére.

5. lépés: A TESS-W fotométer felszerelése

1. Előkészítés

1. Fesse be a doboz belsejét feketére.

Dobozos megmunkálás

2. Fúrás:

● 1x 20 mm az ablakhoz. ● 1x 12 mm a kábel tömszelencéhez. ● 1x 8,5 mm a hőelemhez. ● 2x 2,5 mm a fűtőelemhez. ● 2x 1 mm a doboz oldalán.

3. Fúrja az alumínium diffúzorlemezt (1 mm vastagság) a fűtőelem ellenállásához, 4. Csavarja fel az ellenállást és a lemezt a fedélre.5. Ragassza fel a NYÁK 8 mm -es távtartóit. Ragassza fel az átlátszó ablakot (az ellenállásfűtőt a helyére kell csavarni)

Termooszlop

7. Távolítsa el a feszültségszabályozót és csatlakoztassa mindkét terminált egy híd forrasztásával.8. Forrasztjon egyfejű 4 tűs vezetéket a 60 mm hosszú kártyacsatlakozóhoz. Ragassza a termopilet a burkolatra.

Antenna

10. Fúrjon lyukat az antenna rögzítéséhez a dobozhoz.11. Vágja le az antenna sarkait.12. Távolítsa el a wifi modul kerámiaantennáját, valamint az antennacsatlakozót és a piros LED -et.

2. Szerelés

Kérjük, kövesse ezt a sorrendet:

1. Rögzítse az antennát a dobozhoz egy csavar segítségével.2. Helyezze el a kábel tömszelencét és a tápkábelt.3. Rögzítse a gyűjtőt (fekete henger) a NYÁK -hoz (két csavar). Rögzítse a NYÁK -t a dobozhoz (két csavar). Csavarja a tápkábelt a zöld tábla csatlakozójára. (A piros vezeték pozitívra).6. Forrasztó antenna kábel a wifi modulhoz. Forrasztás az ellenállás fűtőelemhez, egyfejű, 2 pólusú huzal a tábla csatlakozó kábeléhez, 55 mm. Csatlakoztassa a hőelemet és az ellenállást (ügyeljen arra, hogy ne szakítsa meg a NYÁK -ot).

Az ellenállás fűtőelemként működik, és alumínium lemezzel van csatlakoztatva a burkolathoz. A képek a következő folyamatokat magyarázzák: Az antennát a dobozhoz kell csavarni, a termopile szabályozóját hídra cserélték, és a NYÁK két távtartóját (fekete színben) a dobozhoz kell ragasztani. A doboz belseje feketére van festve.

Az egyik ábra az eredeti WIFI modult mutatja, amely kerámia antennával és aljzattal rendelkezik egy extra antenna csatlakoztatásához (felül). Olyan antennát használunk, amelynek kábele forrasztva van a wifi modulhoz (alul). Vegye figyelembe, hogy a kerámiaantennát, a foglalatot és a piros LED -et a kábel közelében eltávolították.

6. lépés: A TESS-W fotometriai kalibrálása

A fotométereket kalibrálni kell annak biztosítása érdekében, hogy a különböző eszközök mérései konzisztensek legyenek. A TESS-W-t keresztméréssel kalibrálják a mesterfotométerhez képest a Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) egyetemen, a Madridi Egyetemen.

A beállítás egy integráló gömb, amelynek belsejét egy fényforrás megvilágíthatja, és több optikai porttal rendelkezik a fotométerek csatlakoztatásához. Az alkalmazott fényforrás 596 nm -es LED, 14 nm FWHM.

Ha szeretné kalibrálni a TESS-W fotométerét, lépjen kapcsolatba a LICA-UCM-mel.

7. lépés: TESS-W szoftver

WIFI modul szoftver

Kommunikáció és szoftver

A teljes rendszer tartalmaz egy érzékelőhálózatot és egy szoftverközvetítőt, amely a kalibrált érzékelők számára fenntartott információtermelők és fogyasztók között közvetít. Miután kalibrálta a fotométert (lásd 6. lépés), a STARS4ALL megadja a hitelesítő adatokat, amelyeket közzé kell tenni a brókerben.

Kifejlesztettek egy mintafogyasztót a Pythonban, hogy tárolja az adatokat egy SQLite adatbázisban. Ez a fogyasztó telepíthető egy vagy több számítógépre vagy szerverre. A szoftver fő jellemzői az alábbiakban találhatók:

● C -ben kifejlesztett egyedi szoftver a TESS -hez.

● Az Arduino IDE és ESP8266 könyvtárakban kifejlesztett MQTT kiadói szoftver.

● MQTT Broker vagy saját telepítésen, vagy elérhető harmadik félként (pl. Teszt mosquitto.org)

● Az MQTT előfizetői szoftver adatokat fogad a kiadóktól és tárolja azokat egy relációs adatbázisban (SQLite).

Az MQTT egy M2M / Internet of Things könnyű protokoll korlátozott eszközökhöz, amelyek sokkal kevesebb rezsit igényelnek, mint a HTTP -alapú kommunikáció.

Minden érzékelő időszakos méréseket küld egy távoli MQTT szervernek egy helyi útválasztón keresztül. Ez a szerver - amelyet az MQTT világában „brókernek” neveznek - számos érzékelőből fogad adatokat, és minden előfizetett félnek továbbadja, ezáltal leválasztva a kiadókat a fogyasztóktól. A távoli szerver házon belül, a projekt központi létesítményében telepíthető. Alternatívaként használhatunk elérhető, ingyenes MQTT brókereket, például a test.mosquitto.org webhelyet.

Bármely szoftver ügyfél előfizethet a brókerre, és felhasználhatja a TESS eszközök által közzétett információkat. Egy speciális MQTT klienst fejlesztenek ki, amely összegyűjti ezeket az adatokat és tárolja azokat egy SQLite adatbázisban.

Eszköz konfigurálása

● A műszer konfigurációja a minimálisra csökken a karbantartás érdekében.

● Minden eszköznek szüksége van erre a konfigurációra:

o WiFi SSID és jelszó.

o Fotométer kalibrálási állandó.

o MQTT Broker IP -cím és port.

o Műszerbarát név (eszközönként egyedi)

o MQTT csatorna neve (a fent leírtak szerint)

WiFi konfiguráció

Amikor először csatlakozik a hálózathoz, a TESS-W létrehoz egy WiFi hozzáférési pontot. A felhasználó kitölti azokat a beállításokat, amelyek tartalmazzák a WiFi útválasztó nevét (SSID) és jelszavát, a fotometria nulla pontját, valamint az alkusztár internetcímét és nevét. Az alaphelyzetbe állítást, a kikapcsolást és a bekapcsolási ciklust követően a TESS fotométer megkezdi az adatok előállítását és küldését.

Az első indításkor a TESS hozzáférési pontként indul a TESSconfigAP névvel. Egy mobiltelefonnak csatlakoznia kell ehhez a hozzáférési ponthoz.

● Internetes böngészővel böngészhet a következő URL -címen:

● Töltse ki az űrlapot a 2.3

● Indítsa újra az eszközt, amely csatlakozik a helyi útválasztóhoz.

Amikor az eszköz elveszíti a kapcsolatot a WiFi útválasztóval, indítsa újra, és konfigurálja magát újra hozzáférési pontként, ami kényelmes a konfiguráció megváltoztatásához.

Szoftver

A TESS-W Firmware dokumentáció megtalálható a github adattárban

github.com/cristogg/TESS-W

Az ESP8266 esetében

A mikroprocesszorhoz

8. lépés: Záró megjegyzések

A STARS4ALL Alapítvány a TESS-W fotométerek hálózatának üzemeltetéséért felelős STARS4ALL projekt folytatása. Ez egy polgári tudományos projekt, amely érdekes adatokat állít elő a fényszennyezés tanulmányozásához.

A fotométer kalibrálása és konfigurálása után elkezdi elküldeni a méréseket a STARS4ALL infrastruktúrába. Ezek a mérések megtekinthetők a platformunkról (https://tess.stars4all.eu/plots/). Ezenkívül a hálózaton generált összes adat letölthető a Zenodo közösségünkből (https://zenodo.org/communities/stars4all)