TESS-W öötaeva heleduse fotomeeter: 8 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

TESS-W on fotomeeter, mis on mõeldud öise taeva heleduse mõõtmiseks ja pidevaks jälgimiseks kerge reostuse uuringute jaoks. See loodi avatud projektiga (riist- ja tarkvara) Euroopa projekti STARS4ALL H2020 käigus. TESS-W fotomeeter on loodud andmete saatmiseks WIFI kaudu. Andmed visualiseeritakse reaalajas ja jagatakse (avatud andmed). Lisateabe saamiseks sirvige

See dokument sisaldab mõningaid tehnilisi üksikasju TESS-W öötaeva heleduse fotomeetri kohta ja kirjeldab selle koostamist. See sisaldab anduri elektroonilisi ja optilisi skeeme ning ka ilmastikukindlat korpust.

Lisateavet TESS -fotomeetri kohta esitati ajakirjas Zamorano et al. “STARS4ALL öötaeva heleduse fotomeeter” kunstliku valguse öisel kohtumisel (ALAN2016) Cluj, Napoca, Rumeenia, september 2016.

TESS-W on välja töötanud meeskond ja disain põhineb Cristóbal García tööl.

See on Instructabeli esimene tööversioon. Olge kursis.

Samm: TESS-W kirjeldus

Fotomeeter on suletud ilmastikukindlasse karpi, mis sisaldab eritellimusel valmistatud elektroonikat ja optilisi osi. TESSil on eritellimusel valmistatud trükkplaat (PCB) koos ESP8266 -ga. ESP8266 on odav WIFI-kiip, millel on täielik TCP/IP-virn ja mikrokontrolleri võimalus. Elektroonikat kasutatakse TSL237 valgusanduri (öise taeva heleduse andmete) ja ka infrapunatermomeetri MLX90614ESF-BA (pilvkatte teabe jaoks) edastatava sageduse lugemiseks.

Taeva heleduse detektor on fotodiood TSL237, mis muudab valguse sageduseks. See on sama andur, mida kasutavad SQM fotomeetrid. Kuid ribalaiust laiendatakse punasesse vahemikku, kasutades dikroofilist filtrit (graafikutel märgistatud UVIR) SQM -i värvifiltri BG38 suhtes.

Valgus taevast kogutakse optikaga, mis sisaldab dikroofilist filtrit ribalaiuse valimiseks. Filter katab täielikult kollektori (1). Andur (pole sellel pildil näha) asub trükkplaadil koos eritellimusel valmistatud elektroonikaga (2). WIFI -moodul (3), mille karbis on antenn, mis laiendab WIFI -leviala. Taeva temperatuuri mõõtmiseks kasutatakse infrapuna-lähedast andurit (4). Lõpuks lülitatakse kütteseade (5) sisse, kui see on vajalik, et vabaneda kondensatsioonist aknal või isegi jää või lume sulatamiseks (6). Vaateväli (FoV) on FWHM = 17 kraadi.

TESS-W spektraalset reaktsiooni võrreldakse astronoomiliste Johnsoni B, V ja R fotomeetriliste ribadega ning Madridi valgusega saastatud taeva ja Calar Alto astronoomilise vaatluskeskuse tumeda taeva spektritega.

2. samm: TESS-W fotomeetri elektroonika

Elektrooniline plaat

TESSi põhikomponent on eritellimusel valmistatud elektrooniline plaat (PCB, trükkplaat).

PCB jaoks vajaliku faili saab alla laadida aadressilt

PCB on disainitud nii, et see mahuks valitud korpuse kasti (vt hiljem).

Peamised komponendid

PCBde elektroonilisi osi saab sirvida kaasasoleval pildil ja kaasasolevas failis.

3. samm: TESS-W fotomeetri optika

Disain ja komponendid

Valgus taevast kogutakse optikaga, mis sisaldab dikroofilist filtrit ribalaiuse valimiseks. Filter katab kollektori täielikult. Fotomeetri korpusel on selge aken, mis võimaldab taevavalgust siseneda fotomeetrisse. Seest on kaitstud läbipaistva klaasiga aken.

Optiline disain on kujutatud esimesel joonisel. Valgus läbib filtri läbipaistva akna (1) ja siseneb korpuse katte (2) augu (3) kaudu. Läbipaistev aken on liimitud korpuse katte külge. Dikroofilter (4) asub valguskollektori (5) peal. Andur (6) on paigutatud kollektori väljapääsu juurde.

Selge aken

Esimene komponent on läbipaistev aken, mis laseb valguse üle ülejäänud komponentidele ja sulgeb fotomeetri. See on klaasist aken (BAK7), sest see peaks ilmastikule vastu pidama. Akna paksus on 2 mm ja läbimõõt 50 mm. Ülekandekõverat on mõõdetud optilisel töölaual LICA-UCM. See on peaaegu konstantne ~ 90% lainepikkuste vahemikus 350–1050 nm, see tähendab, et selge aken ei muuda valguse värvi.

Dikroopne filter

Dikroofilter on 20 mm läbimõõduga ümardatud filter, mis katab täielikult valguskollektori. See tagab, et detektorisse ei jõua filtreerimata valgus. See on oluline, kuna TSL237 detektor on infrapuna (IR) puhul mõistlik. UVIR -filter oli ette nähtud edastamiseks vahemikus 400 kuni 750 nm, see tähendab, et see vähendab detektori ultraviolettreaktsiooni alla 400 nm ja IR -vastust üle 750 nm. Ülekandekõver sarnaneb pika läbipääsu ja lühikese läbipääsufiltri kombinatsiooniga, mille peaaegu tasane reaktsioon jõuab peaaegu 100% -ni, mõõdetuna LICA-UCM optilisel töölaual (vt jooniseid kirjelduses)

Valguse koguja

Taevast valguse kogumiseks kasutab TESS valguskollektorit. See kollektor on väga odav, kuna see on valmistatud plastikust, kasutades survevalu. Neid läätsi kasutatakse taskulampides valguse edastamiseks. Sisemine osa on läbipaistev paraboloidne helkur. Must hoidik hoiab ära valguse sattumise detektorisse.

Kasutame musta valguse kogujaid nominaalse 60 -kraadise FoV -ga. Kui TESS -is kasutatakse, väheneb FoV tänu detektori asukohale väljaspool kollektorit. Lõplik mõõdetud FoV (sh võimalik vinjeteerimine korpuse kaanest) on mõõdetud optilises tööpingis. Nurkreaktsioon sarnaneb Gaussi funktsiooniga, mille laius on maksimaalselt 17 kraadi ja maksimaalne pool (FWHM).

Kast

TESS -fotomeetri elektroonika ja optika on kaitstud lihtsa korpusega, mis põhineb kaubanduslikul plastkarbil, mis sobib kasutamiseks väljas ja ilmastikutingimustele.

Karp on väike (väljast: 58 x 83 x 34 mm; seest: 52 x 77 x 20 mm). Karbil on kruvikate, et pääseda sisse. Suletud konstruktsioon pakub piisavat kaitset nii vee kui ka tolmu sissepääsu eest. Et kruvid ei roostetaks, on originaalkruvid vahetatud roostevabast terasest kruvidega.

4. samm: TESS-W korpus

Kast

TESS -fotomeetri elektroonika ja optika on kaitstud lihtsa korpusega, mis põhineb kaubanduslikul plastkarbil, mis sobib kasutamiseks välitingimustes ja ilmastikutingimustele.

Karp on väike (väljast: 58 x 83 x 34 mm; seest: 52 x 77 x 20 mm). Karbil on kruvikate, et pääseda sissepoole. Suletud konstruktsioon pakub piisavat kaitset nii vee kui ka tolmu sissepääsu eest. Et kruvid ei roostetaks, on originaalkruvid vahetatud roostevabast terasest kruvidega.

Kasti töötlemine

Karbil on vaja läbi viia mõni lihtne töötlemine. Akna, mis võimaldab valgusel valguskollektiivi jõuda, läbimõõt on 20 mm. See on kaetud läbipaistva aknaga, mis tuleks liimida ilmastikukindla silikooniga. Väike auk on IR -termomeetri port ja selle läbimõõt on 8,5 mm. Karbi teisel küljel on vaja 12 mm ava kaablitihendi jaoks. Soojendi kinnitamiseks karbi kaane külge kasutatakse kahte 2,5 mm perforatsiooni.

Samm: TESS-W fotomeetri paigaldamine

1. Ettevalmistus

1. Värvige kast seest mustaks.

Kasti töötlemine

2. Puurimine:

● 1x 20 mm akna jaoks. ● 1x 12 mm kaablitihendi jaoks. ● 1x 8,5 mm termopile jaoks. ● 2x 2,5 mm kütteseadme jaoks. ● 2x 1 mm karbi küljel.

3. Puurige kütteseadme takistuseks alumiiniumist hajuti plaat (paksus 1 mm), 4. Keerake takistus ja plaat kaane külge.5. Liimige PCB jaoks 8 mm vahekaugused. Liimige läbipaistev aken (takistussoojendi tuleks oma kohale keerata)

Termopile

7. Eemaldage pingeregulaator ja ühendage mõlemad klemmid silla jootmisega.8. Jootke ühepeaga 4-kontaktiline juhe 60 mm pikkuse plaadipistiku külge. Liimige termopile kaane külge.

Antenn

10. Puurige auk antenni karbi kinnitamiseks.11. Kärpige antenni nurki.12. Eemaldage wifi mooduli keraamiline antenn, samuti antennikonektor ja punane LED.

2. Paigaldamine

Palun järgige seda järjestatud järjekorda:

1. Kinnitage antenn kruviga karbi külge.2. Asetage kaablitihend ja toitejuhe.3. Kinnitage kollektor (must silinder) trükkplaadile (kaks kruvi). Kinnitage trükkplaat karbi külge (kaks kruvi). Keerake toitekaabel rohelise plaadi pistiku külge. (Punane juhe positiivseks).6. Jooteantenni kaabel wifi moodulile. Jootetakistussoojendile ühepea 2-kontaktiline juhe plaadi pistikukaabli külge 55 mm.8. Ühendage termopulk ja takistus (olge ettevaatlik, et PCB -d ei puruneks).

Takistus toimib kütteseadmena ja on kaanega ühendatud alumiiniumplaadiga. Pildid selgitavad järgmisi protsesse: antenn tuleks kruvida kasti külge, termopile regulaator on asendatud sillaga ja kaks trükiplaadi vahekaarti (mustad) tuleb karbile liimida. Karbi sisemus on värvitud mustaks.

Ühel joonisel on kujutatud originaalset WIFI -moodulit, millel on keraamiline antenn ja pistikupesa lisaantenni ühendamiseks (üleval). Kasutame antenni, mille kaabel on joodetud wifi mooduli külge (alt). Pange tähele, et keraamiline antenn, pistikupesa ja kaabli lähedal asuv punane LED on eemaldatud.

6. samm: TESS-W fotomeetriline kalibreerimine

Fotomeetrid tuleks kalibreerida, et tagada erinevate seadmete mõõtmiste järjepidevus. TESS-W on ristkalibreeritud põhifotomeetri suhtes Madridi Universidad Complutense'i laboris Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA).

Seade on integreeriv sfäär, mille sisemust saaks valgustada valgusallikaga ja millel on mitu optilist porti fotomeetrite ühendamiseks. Valgusallikaks on 596 nm LED ja 14 nm FWHM.

Kui soovite oma TESS-W fotomeetrit kalibreerida, võtke ühendust LICA-UCM-iga.

Samm 7: TESS-W tarkvara

WIFI mooduli tarkvara

Side ja tarkvara

Kogu süsteem sisaldab andurivõrku ja tarkvaratootjat, kes vahendab teabe tootjaid ja tarbijaid ning mis on reserveeritud kalibreeritud anduritele. Kui olete oma fotomeetri kalibreerinud (vt 6. toimingut), annab STARS4ALL teile volikirja, mille saate maakleris avaldada.

Välja on töötatud Pythoni näidistarbija andmete salvestamiseks SQLite andmebaasi. Seda tarbijat saab installida ühte või mitmesse arvutisse või serverisse. Tarkvara peamised omadused on loetletud allpool:

● Kohandatud tarkvara TESS jaoks, mis on välja töötatud C -s.

● Arduino IDE ja ESP8266 raamatukogudes välja töötatud kirjastaja MQTT tarkvara.

● MQTT maakler kas ettevõttesiseselt juurutatuna või kättesaadaval kolmandal osapoolel (st test mosquitto.org)

● MQTT tellijatarkvara, mis võtab kirjastajatelt andmeid vastu ja salvestab need relatsiooniandmebaasi (SQLite).

MQTT on M2M / asjade Interneti kerge protokoll, mis sobib piiratud seadmetele ja nõuab palju vähem üldkulusid kui HTTP -põhine side.

Iga andur saadab kohaliku ruuteri kaudu perioodiliselt mõõtmisi MQTT serverisse. See server, mida MQTT maailmas nimetatakse maakleriks, võtab vastu andmeid paljudelt anduritelt ja jagab edasi kõigile tellitud osapooltele, eraldades seega avaldajad tarbijatest. Kaugserverit saab juurutada kas ettevõttesiseselt projekti kesksesse rajatisesse. Teise võimalusena võime kasutada saadaolevaid tasuta MQTT maaklereid, näiteks test.mosquitto.org.

Iga tarkvaraklient saab maakleri tellida ja TESS -seadmete avaldatud teavet tarbida. Kõigi nende andmete kogumiseks ja SQLite andmebaasi salvestamiseks töötatakse välja spetsiaalne MQTT klient.

Seadme konfiguratsioon

● Seadme konfiguratsiooni vähendatakse hoolduse hõlbustamiseks miinimumini.

● Iga seade vajab järgmist konfiguratsiooni:

o WiFi SSID ja parool.

o Fotomeetri kalibreerimiskonstant.

o MQTT Brokeri IP -aadress ja port.

o Instrumendisõbralik nimi (unikaalne seadme kohta)

o MQTT kanali nimi (nagu eespool kirjeldatud)

WiFi konfiguratsioon

Kui esmakordselt vooluvõrku ühendatakse, loob TESS-W WiFi-pöörduspunkti. Kasutaja täidab seaded, mis sisaldavad WiFi -ruuteri nime (SSID) ja parooli, fotomeetria nullpunkti ning maaklerihoidla Interneti -aadressi ja nime. Pärast lähtestamist, väljalülitamist ja sisselülitamist tsükkel hakkab TESS fotomeeter tootma ja andmeid saatma.

Esmakordsel käivitamisel alustab TESS pääsupunktina nimega TESSconfigAP. Mobiiltelefon peab selle pöörduspunktiga ühenduse looma.

● Sirvige Interneti -brauseriga järgmist URL -i:

● Täitke vorm punktis 2.3 loetletud parameetritega

● Taaskäivitage seade, mis loob ühenduse kohaliku ruuteriga.

Kui seade kaotab ühenduse WiFi -ruuteriga, taaskäivitage ja konfigureerige end uuesti pääsupunktiks, mis on mugav konfiguratsiooni muuta.

Tarkvara

TESS-W püsivara dokumentatsiooni leiate githubi hoidlast

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266 jaoks

Mikroprotsessori jaoks

8. etapp: viimased märkused

Sihtasutus STARS4ALL on jätk STARS4ALL projektile, mis vastutab TESS-W fotomeetrite võrgu toimimise eest. See on kodanike teadusprojekt, mis toodab huvipakkuvaid andmeid valgusreostuse uuringute jaoks.

Kui teie fotomeeter on kalibreeritud ja konfigureeritud, hakkab see mõõtmisi saatma STARS4ALLi infrastruktuuri. Neid mõõtmisi saab visualiseerida meie platvormilt (https://tess.stars4all.eu/plots/). Lisaks saab kõik võrgus loodud andmed alla laadida meie Zenodo kogukonnast (https://zenodo.org/communities/stars4all)