Fotometer za svetlost nočnega neba TESS-W: 8 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

TESS-W je fotometer, zasnovan za merjenje in stalno spremljanje svetlosti nočnega neba za študije svetlobnega onesnaženja. Nastala je med evropskim projektom STARS4ALL H2020 z odprto zasnovo (strojna in programska oprema). Fotometer TESS-W je bil zasnovan za pošiljanje podatkov prek WIFI. Podatki se vizualizirajo v realnem času in delijo (odprti podatki). Za več informacij obiščite

Ta dokument vsebuje nekaj tehničnih podrobnosti fotometra za svetlost nočnega neba TESS-W in opisuje, kako ga zgraditi. Vključuje elektronske in optične sheme senzorja ter tudi vremensko odporno ohišje.

Več informacij o fotometru TESS je bilo predstavljenih v Zamorano et al. "Fotometer za svetlost nočnega neba STARS4ALL" na srečanju Umetna svetloba ponoči (ALAN2016) Cluj, Napoca, Romunija, september 2016.

TESS-W je razvila ekipa, zasnova pa temelji na delu Cristóbala Garcíe.

To je prva delovna različica Instructables. Ostanite z nami.

1. korak: Opis TESS-W

Fotometer je zaprt v vremensko odporni škatli, ki vsebuje elektroniko in optične dele po meri. TESS ima po meri izdelano tiskano vezje (PCB) z ESP8266. ESP8266 je poceni WIFI čip s polnim skladom TCP/IP in zmožnostjo mikrokrmilnika. Elektronska naprava se uporablja za branje frekvence, ki jo zagotavlja svetlobni senzor TSL237 (za podatke o svetlosti nočnega neba) in tudi infrardeči termometrski modul MLX90614ESF-BA (za informacije o oblačnosti).

Detektor svetlosti neba je fotodioda TSL237, ki pretvarja svetlobo v frekvenco. To je isti senzor, ki ga uporabljajo fotometri SQM. Vendar je pasovni pas bolj razširjen na rdeče območje z uporabo dikrojskega filtra (označen z UVIR na ploskvah) glede na barvni filter BG38 SQM.

Svetloba z neba se zbira z optiko, ki vključuje dikrojski filter za izbiro pasovne širine. Filter v celoti pokriva zbiralnik (1). Tipalo (na tej sliki ni prikazano) se nahaja na tiskanem vezju skupaj z elektroniko po meri (2). Modul WIFI (3) z anteno znotraj škatle, ki razširja obseg WIFI. Za merjenje temperature neba se uporablja bližnji infrardeči senzor (4). Na koncu se grelec (5) vklopi, kadar je to potrebno, da se znebite kondenzacije na oknu ali celo, da se stopi led ali sneg (6). Vidno polje (FoV) je FWHM = 17 stopinj.

Spektralni odziv TESS-W primerjamo z astronomskimi fotometričnimi pasovi Johnson B, V in R ter s spektri svetlobno onesnaženega neba v Madridu in temnega neba astronomskega observatorija Calar Alto.

2. korak: Elektronika fotometra TESS-W

Elektronska plošča

Glavna sestavina TESS je elektronska plošča po meri (tiskana vezja, tiskana vezja).

Datoteko, potrebno za tiskano vezje, lahko prenesete s

PCB je bil zasnovan tako, da se prilega v izbrano ohišje ohišja (glej kasneje).

Glavni sestavni deli

Elektronske dele tiskanih vezij lahko brskate po priloženi sliki in v priloženi datoteki.

3. korak: Optika fotometra TESS-W

Zasnova in komponente

Svetloba z neba se zbira z optiko, ki vključuje dikrojski filter za izbiro pasovne širine. Filter v celoti pokriva zbiralnik. Ohišje fotometra ima jasno okno, ki omogoča, da svetloba vstopi v fotometer. Notranjost je zaščitena s steklenim prozornim oknom.

Optična zasnova je prikazana na prvi sliki. Svetloba prehaja skozi prozorno filtrirno okno (1) in vstopa skozi luknjo (3) na pokrovu ohišja (2). Čisto okno je prilepljeno na pokrov ohišja. Dichroic filter (4) se nahaja na vrhu zbiralnika svetlobe (5). Detektor (6) je nameščen na izhodu kolektorja.

Čisto okno

Prva komponenta je prozorno okno, ki omogoča prehod svetlobe na ostale komponente in zapečati fotometer. To je stekleno okno (BAK7), ker mora biti odporno na vremenske vplive. Okno ima debelino 2 mm in premer 50 mm. Prenosna krivulja je bila izmerjena na optični delovni mizi LICA-UCM. Skoraj konstantno je ~ 90% v območju valovnih dolžin 350nm -1050nm, kar pomeni, da prozorno okno ne uvaja spremembe barve svetlobe.

Dichroic filter

Dichroic filter je zaobljen filter s premerom 20 mm, ki v celoti prekrije svetlobni kolektor. To zagotavlja, da v detektor ne pride nefiltrirana svetloba. To je pomembno, saj je detektor TSL237 občutljiv v infrardeči svetlobi (IR). UVIR filter je bil zasnovan tako, da oddaja od 400 do 750 nm, kar pomeni, da zmanjša ultravijolični odziv detektorja pod 400 nm in IR odziv nad 750 nm. Prenosna krivulja je podobna kombinaciji dolgega prehoda in kratkoprehodnega filtra s skoraj ravnim odzivom, ki doseže skoraj 100%, izmerjeno v optični delovni mizi LICA-UCM (glej ploskve pri opisu)

Zbiralnik svetlobe

Za zbiranje svetlobe z neba TESS uporablja kolektor svetlobe. Ta zbiralnik je zelo poceni, ker je izdelan iz plastike z brizganjem. Te leče se uporabljajo za oddajanje svetlobe v svetilkah. Notranji del je prozoren paraboloidni reflektor. Črno držalo preprečuje, da bi razpršena svetloba prišla do detektorja.

Uporabljamo zbiralnike črne svetlobe z nazivno vrednostjo 60 stopinj FoV. Pri uporabi v sistemu TESS se FoV zmanjša zaradi položaja detektorja zunaj kolektorja. Končni izmerjeni FoV (vključno z možnim vinjetiranjem s pokrova ohišja) je bil izmerjen na optični delovni mizi. Kotni odziv je podoben Gaussovi funkciji s polno širino 17 stopinj na pol največ (FWHM).

Škatla

Elektronika in optika fotometra TESS sta zaščiteni s preprostim ohišjem, ki temelji na komercialni plastični škatli, ki je primerna za zunanjo uporabo in odpornost na vremenske vplive.

Škatla je majhna (zunaj: 58 x 83 x 34 mm; znotraj: 52 x 77 x 20 mm). Škatla ima vijačni pokrov za dostop do notranjosti. Zaprta konstrukcija zagotavlja zadostno raven zaščite pred vdorom vode in prahu. Da bi preprečili rjavenje vijakov, smo originalne vijake zamenjali z vijaki iz nerjavečega jekla.

4. korak: ohišje TESS-W

Škatla

Elektronika in optika fotometra TESS sta zaščiteni s preprostim ohišjem na osnovi komercialne plastične škatle, ki je primerna za zunanjo uporabo in odpornost na vremenske vplive.

Škatla je majhna (zunaj: 58 x 83 x 34 mm; znotraj: 52 x 77 x 20 mm). Škatla ima vijačni pokrov za dostop do notranjosti. Zaprta konstrukcija zagotavlja zadostno raven zaščite pred vdorom vode in prahu. Da bi preprečili rjavenje vijakov, smo originalne vijake zamenjali z vijaki iz nerjavečega jekla.

Obdelava škatel

Na škatli je potrebno izvesti nekaj preprostih obdelav. Okno, ki omogoča, da svetloba pride do zbiralnika svetlobe, ima premer 20 mm. Pokrita je s prozornim oknom, ki ga je treba lepiti s vremensko odpornim silikonom. Majhna luknja je priključek za termometer IR in ima premer 8,5 mm. Na drugi strani škatle je potrebna 12 mm luknja za kabelsko uvodnico. Dve luknji 2,5 mm se uporabljata za pritrditev grelca na pokrov škatle.

5. korak: Namestitev fotometra TESS-W

1. Priprava

1. Škatlo v notranjosti pobarvajte s črno.

Obdelava škatel

2. Vrtanje:

● 1x 20 mm za okno ● 1x 12 mm za kabelsko uvodnico ● 1x 8,5 mm za termopilo ● 2x 2,5 mm za grelec ● 2x 1 mm na strani škatle.

3. Izvrtajte aluminijasto difuzorno ploščo (debeline 1 mm) za odpornost grelca, 4. Odvijte upor in ploščo na pokrov. Lepite 8 -milimetrske distančnike za tiskano vezje. Zalepite prozorno okno (uporovni grelec je treba priviti)

Termopile

7. Odstranite regulator napetosti in oba priključka povežite s spajkanjem mostu. Spajkajte 4-polni kabel z eno glavo z žico na ploščo dolžine 60 mm. Termopilo prilepite na pokrov.

Antena

10. Izvrtajte luknjo za pritrditev antene na škatlo. Obrežite vogale antene. Odstranite keramično anteno modula wifi ter priključek antene in rdečo LED.

2. Montaža

Prosimo, sledite temu zaporedju:

1. Anteno pritrdite na škatlo z vijakom. 3. Namestite kabelsko uvodnico in napajalni kabel. Zbiralnik (črni cilinder) pritrdite na tiskano vezje (dva vijaka).4. Pritrdite tiskano vezje na škatlo (dva vijaka).5. Napajalni kabel privijte na konektor zelene plošče. (Rdeča žica do pozitivnega).6. Spajte antenski kabel na modul wifi. Spajkajte z odpornim grelnikom 2-polni kabel z 2-polno žico na ploščo, 55 mm. Priključite termopilo in upor (pazite, da ne zlomite tiskanega vezja).

Upor deluje kot grelec in je s pokrovom povezan z aluminijasto ploščo. Slike pojasnjujejo naslednje procese: Anteno je treba priviti na škatlo, regulator termopile je zamenjal most, dva distančnika (v črni barvi) za tiskano vezje pa prilepite na škatlo. Notranjost škatle je pobarvana v črni barvi.

Ena od slik prikazuje izvirni modul WIFI, ki ima keramično anteno in vtičnico za priključitev dodatne antene (zgoraj). Uporabljamo anteno, katere kabel je spajkan na modul wifi (spodaj). Upoštevajte, da so bili odstranjeni keramična antena, vtičnica in rdeča LED v bližini kabla.

Korak 6: Fotometrična kalibracija TESS-W

Fotometre je treba umeriti, da se zagotovi skladnost meritev iz različnih naprav. TESS-W se navzkrižno kalibrira glede na glavni fotometer v Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) na Universidad Complutense de Madrid.

Postavitev je integrirana krogla, katere notranjost lahko osvetli vir svetlobe in z več optičnimi vrati za povezavo fotometrov. Uporabljeni svetlobni vir je LED 596 nm s 14 nm FWHM.

Če želite umeriti svoj fotometer TESS-W, se lahko obrnete na LICA-UCM.

7. korak: programska oprema TESS-W

Programska oprema modula WIFI

Komunikacija in programska oprema

Celoten sistem vključuje senzorsko omrežje in posrednika programske opreme, ki posreduje med proizvajalci informacij in potrošniki, kar je rezervirano za umerjene senzorje. Ko kalibrirate svoj fotometer (glejte 6. korak), vam bo STARS4ALL zagotovil poverilnice za objavo pri posredniku.

Razvit je bil vzorec potrošnika v Pythonu za shranjevanje podatkov v zbirki podatkov SQLite. Ta potrošnik je lahko nameščen v enem ali več računalnikih ali strežnikih. Spodaj so navedene glavne značilnosti programske opreme:

● Programska oprema po meri za TESS, razvita v C.

● Založniška programska oprema MQTT, razvita v knjižnicah Arduino IDE in ESP8266.

● posrednik MQTT v lastni uvedbi ali na voljo tretji osebi (tj. Preskus mosquitto.org)

● Naročniška programska oprema MQTT, ki prejema podatke od založnikov in jih shranjuje v relacijsko bazo podatkov (SQLite).

MQTT je lahek protokol M2M / Internet of Things, primeren za omejene naprave, ki zahteva veliko manj stroškov kot komunikacije, ki temeljijo na

Vsak senzor prek lokalnega usmerjevalnika občasno pošilja meritve na oddaljeni strežnik MQTT. Ta strežnik, imenovan "posrednik" v svetu MQTT, sprejema podatke iz številnih senzorjev in jih distribuira vsem naročenim strankam ter tako loči založnike od potrošnikov. Oddaljeni strežnik je lahko nameščen bodisi interno v osrednjem objektu za projekt. Druga možnost je, da uporabimo brezplačne posrednike MQTT, kot je test.mosquitto.org.

Vsak odjemalec programske opreme se lahko naroči na posrednika in porabi informacije, ki jih objavijo naprave TESS. Za zbiranje vseh teh podatkov in njihovo shranjevanje v zbirki podatkov SQLite bo razvit poseben odjemalec MQTT.

Konfiguracija naprave

● Konfiguracija instrumenta bo zmanjšana na minimum za vzdrževanje.

● Vsaka naprava potrebuje to konfiguracijo:

o SSID in geslo WiFi.

o Kalibracijska konstanta fotometra.

o IP naslov in vrata posrednika MQTT.

o Instrumentu prijazno ime (edinstveno na napravo)

o ime kanala MQTT (kot je opisano zgoraj)

Konfiguracija WiFi

Ko prvič priključite na napajanje, TESS-W ustvari dostopno točko WiFi. Uporabnik izpolni nastavitve, ki vključujejo ime (SSID) in geslo usmerjevalnika WiFi, ničelno točko fotometrije ter internetni naslov in ime skladišča posrednikov. Po ponastavitvi in izklopu ter vklopu cikla začne fotometer TESS proizvajati in pošiljati podatke.

Ob prvem zagonu se TESS zažene kot dostopna točka z imenom TESSconfigAP. Mobilni telefon se mora povezati s to dostopno točko.

● Z internetnim brskalnikom brskajte po naslednjem URL -ju:

● Izpolnite obrazec s parametri, navedenimi v 2.3

● Znova zaženite napravo, ki se bo povezala z lokalnim usmerjevalnikom.

Ko naprava izgubi povezavo z usmerjevalnikom WiFi, se znova zaženite in znova konfigurirajte kot dostopno točko, kar je priročno za spreminjanje konfiguracije.

Programska oprema

Dokumentacijo o vdelani programski opremi TESS-W najdete v skladišču github

github.com/cristogg/TESS-W

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

Za mikroprocesorhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

8. korak: Končne opombe

Fundacija STARS4ALL je nadaljevanje projekta STARS4ALL, ki skrbi za delovanje omrežja fotometrov TESS-W. To je znanstveni projekt za državljane, ki proizvaja podatke, ki so zanimivi za študije svetlobnega onesnaženja.

Ko je vaš fotometer umerjen in konfiguriran, bo začel pošiljati meritve v infrastrukturo STARS4ALL. Te meritve si lahko ogledate na naši platformi (https://tess.stars4all.eu/plots/). Poleg tega lahko vse podatke, ustvarjene v omrežju, prenesete iz naše skupnosti Zenodo (https://zenodo.org/communities/stars4all)