TESS-W naktinio dangaus ryškumo fotometras: 8 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

TESS-W yra fotometras, skirtas naktinio dangaus ryškumui matuoti ir nuolat stebėti, kad būtų galima atlikti nedidelės taršos tyrimus. Jis buvo sukurtas vykdant Europos projektą STARS4ALL H2020 su atviru dizainu (technine ir programine įranga). Fotometras TESS-W skirtas duomenims siųsti per WIFI. Duomenys vizualizuojami realiuoju laiku ir bendrinami (atviri duomenys). Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite

Šiame dokumente yra keletas techninių TESS-W naktinio dangaus ryškumo fotometro detalių ir aprašoma, kaip jį sukurti. Tai apima elektronines ir optines jutiklio schemas, taip pat orui atsparų gaubtą.

Daugiau informacijos apie TESS fotometrą pateikė Zamorano ir kt. „STARS4ALL naktinio dangaus ryškumo fotometras“dirbtinės šviesos naktiniame susitikime (ALAN2016) Kluže, Napokoje, Rumunijoje, 2016 m.

TESS-W sukūrė komanda, o dizainas pagrįstas Cristóbal García darbu.

Tai pirmoji darbinė „Instructables“versija. Sekite naujienas.

1 žingsnis: TESS-W aprašymas

Fotometras yra uždėtas į orui atsparią dėžutę, kurioje yra specialiai pagaminta elektronika ir optinės dalys. TESS turi pagal užsakymą pagamintą spausdintinę plokštę (PCB) su ESP8266. ESP8266 yra nebrangus WIFI lustas, turintis visą TCP/IP kaminą ir mikrovaldiklio galimybes. Elektronika naudojama nuskaityti dažnį, kurį suteikia TSL237 šviesos jutiklis (naktinio dangaus ryškumo duomenims), taip pat MLX90614ESF-BA infraraudonųjų spindulių termometro modulį (debesų dangos informacijai).

Dangaus ryškumo detektorius yra TSL237 fotodiodas, kuris šviesą paverčia dažniu. Tai tas pats jutiklis, kurį naudoja SQM fotometrai. Tačiau juostos praėjimas yra labiau išplėstas į raudoną diapazoną, naudojant dichroinį filtrą (pažymėtas UVIR ant sklypų), atsižvelgiant į SQM spalvų filtrą BG38.

Šviesa iš dangaus surenkama naudojant optiką, kurioje yra dichroinis filtras, leidžiantis pasirinkti pralaidumą. Filtras visiškai uždengia kolektorių (1). Jutiklis (nematytas šiame paveikslėlyje) yra ant spausdintinės plokštės kartu su pagal užsakymą pagaminta elektronika (2). WIFI modulis (3) su antena dėžutėje, kuri praplečia WIFI diapazoną. Dangaus temperatūrai matuoti naudojamas arti infraraudonųjų spindulių jutiklis (4). Galiausiai šildytuvas (5) įjungiamas, kai reikia, kad kondensatas ant lango neliktų arba net ledas ar sniegas ištirptų (6). Matymo laukas (FoV) yra FWHM = 17 laipsnių.

TESS-W spektrinis atsakas lyginamas su astronominėmis Johnsono B, V ir R fotometrinėmis juostomis ir su šviesos užteršto Madrido dangaus bei Calar Alto astronomijos observatorijos tamsaus dangaus spektrais.

2 žingsnis: TESS-W fotometro elektronika

Elektroninė lenta

Pagrindinis TESS komponentas yra pagal užsakymą pagaminta elektroninė plokštė (PCB, spausdintinė plokštė).

PCB reikalingą failą galima atsisiųsti iš

PCB buvo suprojektuotas taip, kad tilptų į pasirinktą korpuso dėžutę (žr. Vėliau).

Pagrindiniai komponentai

PCB elektronines dalis galima naršyti pridedamame paveikslėlyje ir pateiktame faile.

3 žingsnis: TESS-W fotometro optika

Dizainas ir komponentai

Šviesa iš dangaus surenkama naudojant optiką, kurioje yra dichroinis filtras, leidžiantis pasirinkti pralaidumą. Filtras visiškai uždengia kolektorių. Fotometro gaubte yra skaidrus langas, leidžiantis dangaus šviesai patekti į fotometrą. Vidus apsaugotas stikliniu skaidriu langu.

Optinis dizainas pavaizduotas pirmame paveikslėlyje. Šviesa praeina pro skaidraus filtro langą (1) ir patenka pro gaubto dangčio (2) skylę (3). Skaidrus langas yra priklijuotas prie korpuso dangčio. Dichroinis filtras (4) yra ant šviesos kolektoriaus (5). Detektorius (6) buvo pastatytas prie kolektoriaus išėjimo.

Skaidrus langas

Pirmasis komponentas yra skaidrus langas, leidžiantis šviesai patekti į likusius komponentus ir užsandarinti fotometrą. Tai langas, pagamintas iš stiklo (BAK7), nes jis turėtų atsispirti orui. Lango storis yra 2 mm, o skersmuo - 50 mm. Perdavimo kreivė buvo išmatuota LICA-UCM optiniame darbastalyje. Jis yra beveik pastovus ~ 90% bangų ilgių diapazone 350–1050 nm, tai reiškia, kad skaidrus langas nekeičia šviesos spalvos.

Dichroinis filtras

Dichroinis filtras yra suapvalintas 20 mm skersmens filtras, visiškai uždengiantis šviesos kolektorių. Tai užtikrina, kad į detektorių nepatenka nefiltruota šviesa. Tai svarbu, nes TSL237 detektorius yra jautrus infraraudonųjų spindulių (IR). UVIR filtras buvo skirtas perduoti nuo 400 iki 750 nm, t. Y. Jis sumažina detektoriaus ultravioletinį atsaką žemiau 400 nm ir IR atsaką virš 750 nm. Perdavimo kreivė yra panaši į ilgo ir trumpo praėjimo filtro derinį, kurio beveik vienodas atsakas pasiekia beveik 100%, matuojant LICA-UCM optiniame darbastalyje (žr. Brėžinius aprašyme)

Šviesos kolektorius

Norėdami surinkti šviesą iš dangaus, TESS naudoja šviesos kolektorių. Šis kolektorius yra labai pigus, nes pagamintas iš plastiko, naudojant liejimo formą. Šie lęšiai naudojami šviesai skleisti žibintuvėliuose. Vidinė dalis yra skaidrus paraboloidinis atšvaitas. Juodas laikiklis neleidžia pasklidusiai šviesai pasiekti detektoriaus.

Mes naudojame juodos šviesos kolektorius, kurių vardinis 60 laipsnių FoV. Naudojant TESS, FoV sumažėja dėl detektoriaus padėties už kolektoriaus. Galutinis išmatuotas FoV (įskaitant galimą vinjetavimą nuo gaubto dangčio) buvo išmatuotas optiniame darbastalyje. Kampinis atsakas yra panašus į 17 laipsnių viso pločio Gauso funkciją esant maksimaliai pusei (FWHM).

Dėžė

TESS fotometro elektronika ir optika yra apsaugota paprastu gaubtu, pagrįstu komercine plastikine dėžute, kuri tinka naudoti lauke ir atspari atmosferos poveikiui.

Dėžutė yra maža (išorė: 58 x 83 x 34 mm; viduje: 52 x 77 x 20 mm). Dėžutėje yra užsukamas dangtelis, leidžiantis patekti į vidų. Sandari konstrukcija užtikrina pakankamą apsaugą nuo vandens ir dulkių patekimo. Kad varžtai nerūdytų, originalūs varžtai buvo pakeisti nerūdijančio plieno varžtais.

4 žingsnis: TESS-W gaubtas

Dėžė

TESS fotometro elektronika ir optika yra apsaugota paprastu gaubtu, pagrįstu komercine plastikine dėžute, kuri tinka naudoti lauke ir atspari atmosferos poveikiui.

Dėžutė yra maža (išorė: 58 x 83 x 34 mm; viduje: 52 x 77 x 20 mm). Dėžutėje yra užsukamas dangtelis, leidžiantis patekti į vidų. Sandari konstrukcija užtikrina pakankamą apsaugą nuo vandens ir dulkių patekimo. Kad varžtai nerūdytų, originalūs varžtai buvo pakeisti nerūdijančio plieno varžtais.

Dėžės apdirbimas

Būtina atlikti paprastą dėžutės apdirbimą. Langas, leidžiantis šviesai pasiekti šviesos kolektorių, yra 20 mm pločio. Jis yra padengtas skaidriu langu, kuris turi būti klijuojamas atspariu oro sąlygoms silikonu. Maža skylė yra IR termometro prievadas, jos skersmuo yra 8,5 mm. Kitoje dėžutės pusėje būtina 12 mm skylė kabelio sandarikliui. Dvi 2,5 mm perforacijos naudojamos šildytuvui pritvirtinti prie dėžutės dangčio.

5 žingsnis: TESS-W fotometro montavimas

1. Paruošimas

1. Dažykite dėžutę viduje juoda spalva.

Dėžės apdirbimas

2. Gręžimas:

● 1x 20 mm langui. ● 1x 12 mm kabelio tarpikliui. ● 1x 8,5 mm termopelei. ● 2x 2,5 mm šildytuvui. ● 2x 1 mm dėžutės šone.

3. Gręžkite aliuminio difuzoriaus plokštę (1 mm storio) šildytuvo varžai, 4. Prisukite varžą ir plokštelę prie dangčio.5. Klijuokite 8 mm PCB tarpiklius. Klijuokite skaidrų langą (atsparumo šildytuvas turi būti prisukamas vietoje)

Termopolis

7. Nuimkite įtampos reguliatorių ir prijunkite abu gnybtus, lituodami tiltą.8. Lituokite vienos galvutės 4 kontaktų laidą prie 60 mm ilgio plokštės jungties.9. Klijuokite termopilę prie dangtelio.

Antena

10. Išgręžkite skylę, kad antena būtų pritvirtinta prie dėžutės.11. Apkarpykite antenos kampus.12. Nuimkite keraminę „Wi -Fi“modulio anteną, taip pat antenos jungiklį ir raudoną šviesos diodą.

2. Montavimas

Prašome sekti šią užsakytą seką:

1. Anteną prie dėžutės pritvirtinkite varžtu.2. Įdėkite kabelio įvorę ir maitinimo laidą.3. Pritvirtinkite kolektorių (juodą cilindrą) prie PCB (dviem varžtais). Pritvirtinkite PCB prie dėžutės (dviem varžtais). Prisukite maitinimo kabelį prie žalios plokštės jungties. (Raudona viela į teigiamą).6. Lituoklio antenos kabelis prie „Wi -Fi“modulio. Lituoti prie pasipriešinimo šildytuvo vienos galvutės 2 kontaktų laidas prie plokštės jungties kabelio 55 mm. Prijunkite termopilę ir varžą (būkite atsargūs, kad nesulaužytumėte PCB).

Atsparumas veikia kaip šildytuvas ir yra prijungtas prie dangtelio su aliuminio plokšte. Nuotraukose paaiškinami kiti procesai: antena turi būti prisukta prie dėžutės, termopilės reguliatorius pakeistas tiltu, o du tarpikliai (juodos spalvos), skirti PCB, turi būti priklijuoti prie dėžutės. Dėžutės vidus dažytas juodai.

Viename iš paveikslėlių pavaizduotas originalus WIFI modulis, turintis keraminę anteną ir lizdą papildomai antenai prijungti (viršuje). Mes naudojame anteną, kurios kabelis yra lituojamas prie „wifi“modulio (apačioje). Atminkite, kad keraminė antena, lizdas ir raudonas šviesos diodas šalia kabelio buvo pašalinti.

6 žingsnis: TESS-W fotometrinis kalibravimas

Fotometrai turėtų būti kalibruojami, kad būtų užtikrintas skirtingų prietaisų matavimų nuoseklumas. TESS-W yra kryžminiai kalibruoti, palyginti su pagrindiniu fotometru, esančiu Madrido Universiteto Complutense laboratorijos laboratorijoje „Inientgación Científica Avanzada“(LICA).

Sąranka yra integruota sfera, kurios vidų galėtų apšviesti šviesos šaltinis ir keli optiniai prievadai fotometrams prijungti. Naudojamas šviesos šaltinis yra 596 nm šviesos diodas su 14 nm FWHM.

Jei norite kalibruoti savo TESS-W fotometrą, galite susisiekti su LICA-UCM.

7 žingsnis: „TESS-W“programinė įranga

WIFI modulio programinė įranga

Bendravimas ir programinė įranga

Visa sistema apima jutiklių tinklą ir programinės įrangos tarpininką, kuris tarpininkauja tarp informacijos gamintojų ir vartotojų, kuris yra skirtas kalibruotiems jutikliams. Kai sukalibruosite savo fotometrą (žr. 6 veiksmą), STARS4ALL pateiks jums kredencialus, kuriuos galėsite paskelbti brokeryje.

Buvo sukurtas „Python“vartotojo pavyzdys duomenims saugoti „SQLite“duomenų bazėje. Šis vartotojas gali būti įdiegtas viename ar keliuose kompiuteriuose ar serveriuose. Pagrindinės programinės įrangos charakteristikos yra išvardytos žemiau:

● Individuali programinė įranga TESS, sukurta C.

● „MQTT“leidėjų programinė įranga, sukurta „Arduino IDE“ir ESP8266 bibliotekose.

● „MQTT Broker“diegiant įmonėje arba turimą trečiąją šalį (pvz., Išbandykite „mosquitto.org“)

● „MQTT“abonentinė programinė įranga, gaunanti duomenis iš leidėjų ir sauganti juos santykių duomenų bazėje (SQLite).

„MQTT“yra lengvas M2M / daiktų interneto protokolas, pritaikytas suvaržytiems įrenginiams, kuriam reikia daug mažiau pridėtinių išlaidų nei HTTP ryšiui.

Kiekvienas jutiklis periodiškai siunčia matavimus į nuotolinį MQTT serverį per vietinį maršrutizatorių. Šis serveris, MQTT pasaulyje vadinamas „tarpininku“, gauna duomenis iš daugelio jutiklių ir perskirsto visoms prenumeruojamoms šalims, taip atskirdamas leidėjus nuo vartotojų. Nuotolinis serveris gali būti įdiegtas vidinėje projekto vietoje. Arba galime naudoti nemokamus MQTT tarpininkus, tokius kaip test.mosquitto.org.

Bet kuris programinės įrangos klientas gali užsisakyti brokerį ir naudoti TESS įrenginių paskelbtą informaciją. Bus sukurtas specialus MQTT klientas, kuris surinks visus šiuos duomenis ir išsaugos juos SQLite duomenų bazėje.

Įrenginio konfigūracija

● Prietaiso konfigūracija bus sumažinta iki minimumo, kad būtų lengviau prižiūrėti.

● Kiekvienam įrenginiui reikia šios konfigūracijos:

o „WiFi“SSID ir slaptažodis.

o Fotometro kalibravimo konstanta.

o „MQTT Broker“IP adresas ir prievadas.

o Prietaisui tinkamas pavadinimas (unikalus kiekvienam įrenginiui)

o MQTT kanalo pavadinimas (kaip aprašyta aukščiau)

„WiFi“konfigūracija

Pirmą kartą prijungus prie maitinimo tinklo, „TESS-W“sukuria „WiFi“prieigos tašką. Vartotojas užpildo nustatymus, kuriuose yra „WiFi“maršrutizatoriaus pavadinimas (SSID) ir slaptažodis, fotometrijos nulinis taškas ir tarpininko saugyklos interneto adresas bei pavadinimas. Po atstatymo ir išjungimo bei įjungimo ciklo TESS fotometras pradeda gaminti ir siųsti duomenis.

Pirmą kartą paleidžiant, TESS prasideda kaip prieigos taškas pavadinimu TESSconfigAP. Prie šio prieigos taško turi prisijungti mobilusis telefonas.

● Naršykite naudodami interneto naršyklę šį URL:

● Užpildykite formą 2.3 punkte išvardytais parametrais

● Iš naujo paleiskite įrenginį, kuris prisijungs prie vietinio maršrutizatoriaus.

Kai įrenginys praranda ryšį su „WiFi“maršrutizatoriumi, iš naujo paleiskite ir vėl sukonfigūruokite save kaip prieigos tašką, kurį patogu pakeisti konfigūracija.

Programinė įranga

„TESS-W“programinės įrangos dokumentaciją galima rasti „github“saugykloje

github.com/cristogg/TESS-W

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

Mikroprocesoriui

8 žingsnis: Paskutinės pastabos

„STARS4ALL Foundation“yra STARS4ALL projekto, atsakingo už TESS-W fotometrų tinklo eksploatavimą, tęsinys. Tai piliečių mokslo projektas, kuriame pateikiami dominantys šviesos taršos tyrimai.

Kai jūsų fotometras bus sukalibruotas ir sukonfigūruotas, matavimai bus siunčiami į STARS4ALL infrastruktūrą. Šiuos matavimus galima vizualizuoti iš mūsų platformos (https://tess.stars4all.eu/plots/). Be to, visus tinkle sugeneruotus duomenis galima atsisiųsti iš mūsų „Zenodo“bendruomenės (https://zenodo.org/communities/stars4all)