Fotometër i ndriçimit të qiellit të natës TESS-W: 8 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

TESS-W është një fotometër i krijuar për të matur dhe monitoruar vazhdimisht shkëlqimin e qiellit të natës për studimet e ndotjes së ligthit. Ajo u krijua gjatë Projektit Evropian STARS4ALL H2020 me një dizajn të hapur (harduer dhe softuer). Fotometri TESS-W është krijuar për të dërguar të dhëna përmes WIFI. Të dhënat vizualizohen në kohë reale dhe ndahen (të dhëna të hapura). Shfletoni https://tess.stars4all.eu/ për më shumë informacion.

Ky dokument përmban disa detaje teknike të fotometrit të shkëlqimit të qiellit të natës TESS-W dhe përshkruan mënyrën e ndërtimit të tij. Ai përfshin skemat elektronike dhe optike të sensorit dhe gjithashtu rrethimin e papërshkueshëm nga moti.

Më shumë informacion në lidhje me fotometrin TESS u prezantua në Zamorano et al. "Fotometri i shkëlqimit të qiellit të natës STARS4ALL" në Takimin Artificial Light At Night (ALAN2016) Cluj, Napoca, Rumani, shtator 2016.

TESS-W është zhvilluar nga një ekip dhe dizajni bazohet në punën e Cristóbal García.

Ky është versioni i parë i punës i Instructables. Qëndroni të sintonizuar.

Hapi 1: Përshkrimi i TESS-W

Fotometri është mbyllur në një kuti të papërshkueshme nga moti që përmban elektronikë dhe pjesë optike të bëra me porosi. TESS ka një Bord të Qarkut të Shtypur (PCB) të bërë me porosi me një ESP8266. ESP8266 është një çip WIFI me kosto të ulët me grumbull të plotë TCP/IP dhe aftësi mikrokontrollues. Elektronika përdoret për të lexuar frekuencën e siguruar nga sensori i dritës TSL237 (për të dhënat e shkëlqimit të qiellit të natës) dhe gjithashtu modulin e termometrit me rreze MLX90614ESF-BA (për informacionin e mbulimit të reve).

Detektori i shkëlqimit të qiellit është një fotodiodë TSL237 që konverton dritën në frekuencë. Sensorshtë i njëjti sensor i përdorur nga fotometrat SQM. Sidoqoftë, brezi i kalimit është më i zgjeruar në gamën e kuqe me përdorimin e një filtri dikroik (të etiketuar UVIR në parcela) në lidhje me filtrin e ngjyrave BG38 të SQM.

Drita nga qielli mblidhet me optikën që përfshin një filtër dikroik për të zgjedhur brezin e brezit. Filtri mbulon plotësisht kolektorin (1). Sensori (nuk shihet në këtë foto) është i vendosur në një tabelë qarku të shtypur së bashku me elektronikën e bërë me porosi (2). Moduli WIFI (3) me një antenë brenda kutisë që shtrin gamën WIFI. Një sensor afër infra të kuqe (4) përdoret për të matur temperaturën e qiellit. Së fundi, ngrohësi (5) ndizet kur është e nevojshme për të hequr kondensimin në dritare apo edhe për të shkrirë akullin ose borën (6). Fusha e shikimit (FoV) është FWHM = 17 gradë.

Përgjigja spektrale e TESS-W krahasohet me brezat fotometrikë astronomikë Johnson B, V dhe R dhe me spektrat e qiellit të ndotur me dritë të Madridit dhe qiellit të errët të vëzhgimit astronomik Calar Alto.

Hapi 2: Elektronika e fotometrit TESS-W

Bord elektronik

Komponenti kryesor i TESS është një bord elektronik i bërë me porosi (PCB, bord i qarkut të shtypur).

Skedari i nevojshëm për PCB mund të shkarkohet nga

PCB është projektuar për t'u përshtatur brenda kutisë së mbyllur të zgjedhur (shiko më vonë).

Komponentët kryesorë

Pjesët elektronike të PCB -ve mund të shfletohen në imazhin e shoqëruar dhe në skedarin e dhënë.

Hapi 3: Optika e fotometrit TESS-W

Dizajni dhe përbërësit

Drita nga qielli mblidhet me optikën që përfshin një filtër dikroik për të zgjedhur brezin e brezit. Filtri mbulon plotësisht kolektorin. Mbulimi i fotometrit ka një dritare të qartë që lejon dritën e qiellit të hyjë në fotometër. Brenda është e mbrojtur me një dritare xhami të qartë.

Dizajni optik është përshkruar në figurën e parë. Drita kalon dritaren e qartë të filtrit (1) dhe futet nëpër një vrimë (3) të kapakut të rrethimit (2). Dritarja e qartë është ngjitur në kapakun e rrethimit. Filtri dikroik (4) ndodhet në majë të kolektorit të dritës (5). Detektori (6) është vendosur në daljen e kolektorit.

Dritarja e qartë

Komponenti i parë është një dritare transparente që lejon kalimin e dritës në pjesën tjetër të përbërësve dhe vulos fotometrin. Kjo është një dritare e bërë në xhami (BAK7) sepse duhet t'i rezistojë motit. Një dritare ka një trashësi prej 2 mm dhe një diametër prej 50 mm. Kurba e transmetimit është matur në tavolinën e punës optike LICA-UCM. Almostshtë pothuajse konstante ~ 90% në intervalin e gjatësisë së valës 350nm -1050nm, që do të thotë se dritarja e qartë nuk sjell ndryshim në ngjyrën e dritës.

Filtri dikroik

Filtri dikroik është një filtër i rrumbullakosur me diametër 20 mm për të mbuluar plotësisht kolektorin e dritës. Kjo siguron që nuk ka dritë të pa filtruar që arrin në detektor. Kjo është e rëndësishme pasi detektori TSL237 është i ndjeshëm në infra të kuqe (IR). Filtri UVIR është krijuar për të transmetuar nga 400 në 750 nm, domethënë ai shkurton përgjigjen ultravjollcë të detektorit nën 400 nm dhe përgjigjen IR mbi 750 nm. Kurba e transmetimit është e ngjashme me një kombinim të një filtri të gjatë dhe një filtri të shkurtër me përgjigje pothuajse të sheshtë duke arritur pothuajse 100% siç matet në tavolinën e punës optike LICA-UCM (shiko komplotet në përshkrim)

Koleksionisti i dritës

Për të mbledhur dritën nga qielli TESS përdor një kolektor drite. Ky kolektor është shumë i lirë sepse është bërë prej plastike duke përdorur derdhje injeksioni. Këto lente përdoren për të transmetuar dritën në elektrik dore. Pjesa e brendshme është një reflektor paraboloid transparent. Mbajtësi i zi parandalon që drita e humbur të arrijë në detektor.

Ne po përdorim kolektorë të dritës së zezë me 60 gradë FoV nominale. Kur përdoret në TESS, FoV zvogëlohet për shkak të pozicionit të detektorit jashtë kolektorit. FoV përfundimtare e matur (përfshirë vinjetimin e mundshëm nga mbulesa e rrethimit) është matur në tavolinën e punës optike. Përgjigja këndore është e ngjashme me një funksion Gaussian me 17 gradë gjerësi të plotë në gjysmën maksimale (FWHM).

Kutia

Elektronika dhe optika e fotometrit TESS mbrohen nga një rrethim i thjeshtë i bazuar në një kuti plastike komerciale që është e përshtatshme për të qenë në natyrë dhe për t'i rezistuar motit.

Kutia është e vogël (jashtë: 58 x 83 x 34 mm; brenda: 52 x 77 x 20 mm). Kutia ka një kapak me vidë për të hyrë në brendësi. Ndërtimi i mbyllur siguron një nivel të mjaftueshëm mbrojtjeje kundër hyrjes së ujit dhe pluhurit. Për të parandaluar që vidhat të vuajnë nga ndryshkja, vidhat origjinale janë ndryshuar nga vida çeliku inox.

Hapi 4: Shtojca TESS-W

Kutia

Elektronika dhe optika e fotometrit TESS mbrohen nga një rrethim i thjeshtë i bazuar në një kuti plastike komerciale që është e përshtatshme për të qenë në natyrë dhe për t'i rezistuar motit.

Kutia është e vogël (jashtë: 58 x 83 x 34 mm; brenda: 52 x 77 x 20 mm). Kutia ka një kapak me vidë për të hyrë në brendësi. Ndërtimi i mbyllur siguron një nivel të mjaftueshëm mbrojtjeje kundër hyrjes së ujit dhe pluhurit. Për të parandaluar që vidhat të vuajnë nga ndryshkja, vidhat origjinale janë ndryshuar nga vida çeliku inox.

Përpunim kuti

Necessaryshtë e nevojshme të kryeni disa përpunime të thjeshta në kuti. Dritarja që lejon dritën të arrijë në kolektorin e dritës ka një gjerësi prej 20 mm në diametër. Ajo është e mbuluar nga një dritare e qartë që duhet të ngjitet me silikon rezistent ndaj motit. Vrima e vogël është porta e termometrit IR dhe ka një diametër 8.5 mm. Në anën tjetër të kutisë është e nevojshme një vrimë 12 mm për gjëndrën e kabllit. Dy perforimet prej 2.5 mm përdoren për të siguruar ngrohësin në kapakun e kutisë.

Hapi 5: Montimi i fotometrit TESS-W

1. Përgatitja

1. Ngjyrosni kutinë brenda me të zezë.

Përpunim kuti

2. Shpimi:

● 1x 20 mm për dritaren ● 1x 12 mm për gjëndrën e kabllove ● 1x 8.5 mm për termopilen ● 2x 2.5 mm për ngrohësin ● 2x 1 mm në anën e kutisë.

3. Stërviteni pllakën e shpërndarësit të aluminit (trashësi 1 mm) për rezistencën e ngrohësit, 4. Vidhosni rezistencën dhe pllakën në kapak.5. Ngjitni ndarësit 8mm për PCB.6. Ngjitni dritaren e qartë (ngrohësi i rezistencës duhet të jetë i dehur në vend)

Termopile

7. Hiqni rregullatorin e tensionit dhe lidhni të dy terminalet duke bashkuar një urë.8. Lidhni një tel me një kokë me 4 kunja në lidhësin e bordit me gjatësi 60 mm. Ngjiteni termopilen në kapak.

Antena

10. Shponi një vrimë për të siguruar antenën në kuti.11. Pritini qoshet e antenës.12. Hiqni antenën qeramike të modulit wifi dhe gjithashtu konektorin e antenës dhe LED -in e kuq.

2. Montimi

Ndiqni këtë sekuencë të renditur:

1. Sigurojeni antenën në kuti duke përdorur një vidë.2. Vendosni gjëndrën e kabllit dhe kordonin e energjisë.3. Sigurojeni kolektorin (cilindrin e zi) në PCB (dy vida).4. Sigurojeni PCB -në në kuti (dy vida).5. Vidhosni kabllon e energjisë në lidhësin e tabelës së gjelbër. (Teli i kuq në pozitiv).6. Lidhni kabllon e antenës në modulin wifi. Ngjitës në ngrohësin e rezistencës një tela me një kokë të vetme me 2 kunja në kabllon lidhës të bordit prej 55 mm.8. Lidhni termopilen dhe rezistencën (kini kujdes të mos prishni PCB -në).

Rezistenca vepron si një ngrohës dhe është e lidhur me kapakun me një pllakë alumini. Fotografitë shpjegojnë proceset e ardhshme: Antena duhet të jetë e dehur në kuti, rregullatori i termopileve është zëvendësuar me një urë, dhe dy ndarësit (me ngjyrë të zezë) për PCB duhet të ngjiten në kuti. Pjesa e brendshme e kutisë është e lyer me të zezë.

Një nga figurat tregon modulin origjinal WIFI që ka një antenë qeramike dhe një prizë për të lidhur një antenë shtesë (sipër). Ne përdorim një antenë kablloja e së cilës është ngjitur në modulin wifi (në fund). Vini re se antena qeramike, priza dhe LED e kuqe pranë kabllit janë hequr.

Hapi 6: Kalibrimi fotometrik TESS-W

Fotometrat duhet të kalibrohen për të siguruar që matjet nga pajisje të ndryshme janë të qëndrueshme. TESS-W janë kalibruar në lidhje me një fotometër kryesor në Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) të Universidad Complutense de Madrid.

Konfigurimi është një sferë integruese, brendësia e së cilës mund të ndriçohet nga një burim drite dhe me disa porta optike për të lidhur fotometrat. Burimi i dritës i përdorur është një LED prej 596 nm me FWHM 14 nm.

Nëse dëshironi të kalibroni fotometrin tuaj TESS-W, mund të kontaktoni LICA-UCM.

Hapi 7: Softueri TESS-W

Softueri i modulit WIFI

Komunikimi dhe softueri

Sistemi i plotë përfshin një rrjet sensorësh dhe një ndërmjetës softuerësh që ndërmjetëson midis prodhuesve të informacionit dhe konsumatorëve që është i rezervuar për sensorë të kalibruar. Pasi të keni kalibruar fotometrin tuaj (shihni Hapin 6), STARS4ALL do t'ju ofrojë kredencialet për t'i publikuar në ndërmjetës.

Një konsumator mostër në Python për të ruajtur të dhënat në një bazë të dhënash SQLite është zhvilluar. Ky konsumator mund të instalohet në një ose shumë PC ose serverë. Karakteristikat kryesore të softuerit janë renditur më poshtë:

Software Softuer i personalizuar për TESS i zhvilluar në C.

Software Softueri botues MQTT i zhvilluar në bibliotekat Arduino IDE dhe ESP8266.

Ker Ndërmjetësi MQTT ose në një vendosje brenda ose në një palë të tretë në dispozicion (p.sh. test mosquitto.org)

Software Softueri i pajtimtarëve MQTT që merr të dhëna nga botuesit dhe i ruan ato në një bazë të dhënash relacionale (SQLite).

MQTT është një protokoll i lehtë M2M / Internet of Things i përshtatshëm për pajisje të kufizuara që kërkon shumë më pak shpenzime sesa komunikimet me bazë

Çdo sensor dërgon periodikisht matje në një server të largët MQTT përmes një ruteri lokal. Ky server - i quajtur "ndërmjetës" në botën MQTT - merr të dhëna nga shumë sensorë dhe rishpërndan në të gjitha palët e regjistruara, duke shkëputur kështu botuesit nga konsumatorët. Serveri në distancë mund të vendoset ose në shtëpi në një strukturë qendrore për projektin. Përndryshe, ne mund të përdorim ndërmjetës të disponueshëm, falas MQTT siç është test.mosquitto.org.

Çdo klient softuer mund të regjistrohet në ndërmjetës dhe të konsumojë informacionin e publikuar nga pajisjet TESS. Një klient i veçantë MQTT do të zhvillohet për të mbledhur të gjitha këto të dhëna dhe për t'i ruajtur ato në një bazë të dhënash SQLite.

Konfigurimi i pajisjes

Conf Konfigurimi i instrumentit do të reduktohet në minimum për të ndihmuar mirëmbajtjen.

● Çdo pajisje ka nevojë për këtë konfigurim:

o WiFi SSID dhe fjalëkalim.

o Konstante e kalibrimit të fotometrit.

o Adresa dhe porti IP i ndërmjetësit MQTT.

o Emër miqësor me instrumentin (unik për pajisje)

o Emri i kanalit MQTT (siç përshkruhet më lart)

Konfigurimi WiFi

Kur lidhet për herë të parë me energjinë elektrike, TESS-W krijon një pikë hyrjeje WiFi. Përdoruesi plotëson cilësimet që përfshijnë emrin (SSID) dhe fjalëkalimin e ruterit WiFi, pikën zero të fotometrisë dhe adresën e internetit dhe emrin e depove të ndërmjetësit. Pas rivendosjes dhe fikjes dhe ndezjes së ciklit, fotometri TESS fillon të prodhojë dhe të dërgojë të dhëna.

Në nisjen e parë, TESS fillon si një pikë aksesi me emrin TESSconfigAP. Një telefon celular duhet të lidhet me këtë pikë aksesi.

● Shfletoni me një shfletues Interneti URL -në e mëposhtme:

● Plotësoni formularin me parametrat e listuar në 2.3

Bo Rinisni pajisjen, e cila do të lidhet me ruterin lokal.

Kur pajisja humbet lidhjen me ruterin WiFi, rindizeni dhe konfiguroni përsëri veten si një pikë aksesi, e cila është e përshtatshme për të ndryshuar konfigurimin.

Softuer

Firmware TESS-W një dokumentacion mund të gjendet në depon e github

github.com/cristogg/TESS-W

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

Për mikroprocesorinhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

Hapi 8: Vërejtjet përfundimtare

Fondacioni STARS4ALL është vazhdimi i projektit STARS4ALL që është përgjegjës për funksionimin e rrjetit të fotometrave TESS-W. Ky është një projekt shkencor qytetar i cili prodhon të dhëna me interes për studimet e ndotjes së dritës.

Pasi fotometri juaj të kalibrohet dhe konfigurohet do të fillojë të dërgojë matjet në infrastrukturën STARS4ALL. Këto matje mund të vizualizohen nga platforma jonë (https://tess.stars4all.eu/plots/). Plus, të gjitha të dhënat e krijuara në rrjet mund të shkarkohen nga komuniteti ynë Zenodo (https://zenodo.org/communities/stars4all)