Fotometer Kecerahan Langit Malam TESS-W: 8 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

TESS-W adalah fotometer yang dirancang untuk mengukur dan memantau berterusan kecerahan langit malam untuk kajian pencemaran ligth. Ia dibuat semasa Projek Eropah STARS4ALL H2020 dengan reka bentuk terbuka (perkakasan dan perisian). Fotometer TESS-W telah dirancang untuk menghantar data melalui WIFI. Data dipvisualisasikan dalam masa nyata dan dikongsi (data terbuka). Layari https://tess.stars4all.eu/ untuk maklumat lebih lanjut.

Dokumen ini mengandungi beberapa perincian teknikal fotometer kecerahan langit malam TESS-W dan menerangkan bagaimana membinanya. Ia merangkumi skema elektronik dan optik sensor dan juga penutup kalis cuaca.

Maklumat lebih lanjut mengenai fotometer TESS disampaikan dalam Zamorano et al. "Fotometer kecerahan langit malam STARS4ALL" di Artificial Light At Night Meeting (ALAN2016) Cluj, Napoca, Romania, september 2016.

TESS-W telah dikembangkan oleh satu pasukan dan reka bentuknya berdasarkan karya Cristóbal García.

Ini adalah versi kerja yang pertama dari Instructables. Nantikan.

Langkah 1: Penerangan TESS-W

Fotometer dilampirkan ke dalam kotak bukti cuaca yang mengandungi bahagian elektronik dan optik yang dibuat khas. TESS mempunyai Printed Circuit Board (PCB) yang dibuat khas dengan ESP8266. ESP8266 adalah cip WIFI kos rendah dengan timbunan TCP / IP penuh dan kemampuan mikrokontroler. Elektronik digunakan untuk membaca frekuensi yang disediakan oleh sensor cahaya TSL237 (untuk data kecerahan langit malam) dan juga modul termometer inframerah MLX90614ESF-BA (untuk maklumat penutup awan).

Pengesan kecerahan langit adalah fotodioda TSL237 yang menukar cahaya menjadi frekuensi. Ia adalah sensor yang sama yang digunakan oleh fotometer SQM. Walau bagaimanapun, jalur lebar lebih diperluas ke jarak merah dengan penggunaan penapis dichroic (berlabel UVIR pada petak) berkenaan dengan penapis warna BG38 SQM.

Cahaya dari langit dikumpulkan dengan optik yang merangkumi penapis dichroic untuk memilih jalur lebar. Penapis meliputi pemungut sepenuhnya (1). Sensor (tidak dapat dilihat dalam gambar ini) terletak di papan litar bercetak bersama dengan elektronik yang dibuat khas (2). Modul WIFI (3) dengan antena di dalam kotak yang memperluas jangkauan WIFI. Sensor inframerah dekat (4) digunakan untuk mengukur suhu langit. Akhirnya, pemanas (5) dihidupkan apabila diperlukan untuk menghilangkan pemeluwapan di tingkap atau bahkan untuk mencairkan ais atau salji (6). Medan pandangan (FoV) ialah FWHM = 17 darjah.

Tindak balas spektrum TESS-W dibandingkan dengan jalur fotometrik Johnson B, V dan R astronomi dan dengan spektrum langit Madrid yang tercemar cahaya dan langit gelap pemerhatian astronomi Calar Alto.

Langkah 2: Elektronik Fotometer TESS-W

Papan elektronik

Komponen utama TESS adalah papan elektronik yang dibuat khas (PCB, papan litar bercetak).

Fail yang diperlukan untuk PCB boleh dimuat turun dari

PCB telah dirancang untuk dipasang di dalam kotak kandang yang dipilih (lihat kemudian).

Komponen utama

Bahagian elektronik PCB boleh dilayari pada gambar yang disertakan dan dalam fail yang disediakan.

Langkah 3: Optik Fotometer TESS-W

Reka bentuk dan komponen

Cahaya dari langit dikumpulkan dengan optik yang merangkumi penapis dichroic untuk memilih jalur lebar. Penapis meliputi pemungut sepenuhnya. Kandang fotometer mempunyai tingkap yang jelas yang membolehkan cahaya langit masuk ke dalam fotometer. Bahagian dalamnya dilindungi dengan tingkap kaca yang jelas.

Reka bentuk optik digambarkan dalam gambar pertama. Cahaya melewati tetingkap penapis yang jelas (1) dan masuk melalui lubang (3) penutup penutup (2). Tingkap yang jelas dilekatkan pada penutup kandang. Penapis dichroic (4) terletak di atas pengumpul cahaya (5). Pengesan (6) telah diletakkan di pintu keluar pemungut.

Tingkap yang jelas

Komponen pertama ialah tingkap lut sinar yang membolehkan cahaya melintas ke komponen lain dan menutup fotometer. Ini adalah tingkap yang terbuat dari kaca (BAK7) kerana harus tahan terhadap cuaca. Tingkap mempunyai ketebalan 2 mm dan diameter 50 mm. Keluk penghantaran telah diukur di meja kerja optik LICA-UCM. Hampir tidak berubah ~ 90% dalam julat panjang gelombang 350nm -1050nm, itu bermaksud bahawa tingkap yang jernih tidak memperkenalkan perubahan warna cahaya.

Penapis dichroic

Penapis dichroic adalah penapis bulat berdiameter 20 mm untuk menutup sepenuhnya pengumpul cahaya. Ini memastikan bahawa tidak ada cahaya yang tidak difilter yang sampai ke pengesan. Ini penting kerana pengesan TSL237 masuk akal dalam inframerah (IR). Penapis UVIR dirancang untuk menghantar dari 400 hingga 750 nm, iaitu memotong tindak balas ultraviolet pengesan di bawah 400 nm dan tindak balas IR melebihi 750 nm. Keluk transmisi serupa dengan kombinasi lulus panjang dan penuras lulus pendek dengan tindak balas hampir rata mencapai hampir 100% seperti yang diukur di meja kerja optik LICA-UCM (lihat petak pada keterangan)

Pengumpul cahaya

Untuk mengumpulkan cahaya dari langit TESS menggunakan pengumpul cahaya. Pengumpul ini sangat murah kerana dibuat dalam plastik menggunakan suntikan cetak. Kanta ini digunakan untuk memancarkan cahaya dalam lampu suluh. Bahagian dalam adalah reflektor paraboloid lutsinar. Pemegang hitam menghalang cahaya sesat untuk mencapai pengesan.

Kami menggunakan pengumpul cahaya hitam dengan nominal 60 darjah FoV. Apabila digunakan dalam TESS, FoV berkurang kerana kedudukan pengesan di luar pemungut. FoV yang diukur akhir (termasuk kemungkinan vignetting dari penutup kandang) telah diukur di meja kerja optik. Tindak balas sudut serupa dengan fungsi Gaussian 17 darjah lebar penuh pada separuh maksimum (FWHM).

Kotak itu

Elektronik dan optik dari fotometer TESS dilindungi oleh kandang sederhana berdasarkan kotak plastik komersial yang sesuai untuk berada di luar dan untuk menahan cuaca.

Kotak kecil (luar: 58 x 83 x 34 mm; bahagian dalam: 52 x 77 x 20 mm). Kotak itu mempunyai penutup skru untuk mengakses bahagian dalam. Pembinaan tertutup memberikan tahap perlindungan yang cukup terhadap kemasukan air dan debu. Untuk mengelakkan skru berkarat, skru asal telah diganti dengan skru keluli tahan karat.

Langkah 4: Penutup TESS-W

Kotak itu

Elektronik dan optik fotometer TESS dilindungi oleh kandang sederhana berdasarkan kotak plastik komersial yang sesuai untuk diluar dan tahan cuaca.

Kotak kecil (luar: 58 x 83 x 34 mm; bahagian dalam: 52 x 77 x 20 mm). Kotak itu mempunyai penutup skru untuk mengakses bahagian dalam. Pembinaan tertutup memberikan tahap perlindungan yang cukup terhadap kemasukan air dan debu. Untuk mengelakkan skru berkarat, skru asal telah diganti dengan skru keluli tahan karat.

Pemesinan kotak

Anda perlu melakukan pemesinan ringkas di dalam kotak. Tingkap yang membolehkan cahaya mencapai pengumpul cahaya mempunyai lebar diameter 20 mm. Ia ditutup dengan tingkap jernih yang harus dilekatkan dengan silikon tahan cuaca. Lubang kecil adalah port termometer IR dan berdiameter 8.5 mm. Di sisi lain kotak, diperlukan lubang 12 mm untuk kelenjar kabel. Dua perforasi 2.5 mm digunakan untuk menahan pemanas ke penutup kotak.

Langkah 5: Memasang Fotometer TESS-W

1. Persiapan

1. Warnakan kotak di dalamnya dengan warna hitam.

Pemesinan kotak

2. Penggerudian:

● 1x 20 mm untuk tingkap. 1x 12 mm untuk kelenjar kabel. 1x 8.5 mm untuk termopile. ● 2x 2.5 mm untuk pemanas. 2x 1 mm di sisi kotak.

3. Bor plat aluminium diffuser (ketebalan 1 mm) untuk ketahanan pemanas, 4. Skru rintangan dan plat ke penutup.5. Lekatkan spacer 8mm untuk PCB.6. Lekatkan tetingkap yang jernih (pemanas rintangan harus disekat di tempatnya)

Thermopile

7. Tanggalkan pengatur voltan dan sambungkan kedua-dua terminal dengan menyolder jambatan.8. Pateri wayar 4-pin satu kepala ke penyambung papan dengan panjang 60 mm. Lekatkan termopile ke penutup.

Antena

10. Bor lubang untuk menahan antena ke kotak.11. Potong sudut antena.12. Tanggalkan antena seramik modul wifi dan juga konektor antena dan LED merah.

2. Pemasangan

Sila ikuti urutan yang dipesan ini:

1. Pasangkan antena ke kotak menggunakan skru.2. Letakkan kelenjar kabel dan kabel kuasa.3. Kunci pengumpul (silinder hitam) ke PCB (dua skru).4. Pasangkan PCB ke kotak (dua skru).5. Skru kabel kuasa ke penyambung papan hijau. (Kawat merah ke positif).6. Kabel antena solder ke modul wifi.7. Pateri ke pemanas rintangan wayar 2-pin satu kepala ke kabel penyambung papan 55 mm. Sambungkan termopile dan rintangan (berhati-hati agar tidak melanggar PCB).

Rintangan bertindak sebagai pemanas dan disambungkan ke penutup dengan plat aluminium. Gambar-gambar tersebut menjelaskan proses-proses selanjutnya: Antena harus disekat ke kotak, pengatur termopile telah diganti dengan jambatan, dan dua spacer (hitam) untuk PCB harus dilekatkan pada kotak. Bahagian dalam kotak dicat dengan warna hitam.

Salah satu gambar menunjukkan modul WIFI asli yang mempunyai antena seramik dan soket untuk menyambungkan antena tambahan (atas). Kami menggunakan antena yang kabelnya disolder ke modul wifi (bawah). Perhatikan bahawa antena seramik, soket dan LED merah di dekat kabel telah dilepaskan.

Langkah 6: Penentukuran Fotometrik TESS-W

Fotometer mesti dikalibrasi untuk memastikan bahawa pengukuran dari peranti yang berbeza adalah konsisten. TESS-W dikalibrasi silang berbanding fotometer induk di Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) Universidad Complutense de Madrid.

Penyediaannya adalah sfera penyatuan yang bahagian dalamnya dapat diterangi oleh sumber cahaya dan dengan beberapa port optik untuk menghubungkan fotometer. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED 596 nm dengan 14 nm FWHM.

Sekiranya anda ingin menentukur fotometer TESS-W, anda boleh menghubungi LICA-UCM.

Langkah 7: Perisian TESS-W

Perisian modul WIFI

Komunikasi dan perisian

Sistem yang lengkap merangkumi rangkaian sensor dan broker perisian yang menjadi perantara antara pengeluar maklumat dan pengguna yang disediakan untuk sensor yang dikalibrasi. Setelah anda mengkalibrasi fotometer anda (lihat Langkah 6), STARS4ALL akan memberi anda kelayakan untuk diterbitkan di broker.

Contoh pengguna di Python untuk menyimpan data dalam pangkalan data SQLite telah dikembangkan. Pengguna ini boleh dipasang dalam satu atau banyak PC atau pelayan. Ciri-ciri utama perisian disenaraikan di bawah:

● Perisian khusus untuk TESS yang dikembangkan di C.

● Perisian penerbit MQTT yang dikembangkan di perpustakaan Arduino IDE dan ESP8266.

● MQTT Broker sama ada dalam penggunaan dalaman atau pihak ketiga yang tersedia (iaitu ujian mosquitto.org)

● Perisian pelanggan MQTT menerima data dari penerbit dan menyimpannya ke dalam pangkalan data relasional (SQLite).

MQTT adalah protokol ringan M2M / Internet of Things yang sesuai untuk peranti terhad yang memerlukan overhead yang jauh lebih sedikit daripada komunikasi berasaskan

Setiap sensor menghantar pengukuran secara berkala ke pelayan MQTT jauh melalui penghala tempatan. Pelayan ini - bernama "broker" di dunia MQTT - menerima data dari banyak sensor dan mengedarkan semula kepada semua pihak yang dilanggan, sehingga memutuskan penerbit dari pengguna. Pelayan jarak jauh dapat digunakan baik secara dalaman di kemudahan pusat projek. Sebagai alternatif, kami boleh menggunakan broker MQTT percuma yang tersedia seperti test.mosquitto.org.

Mana-mana pelanggan perisian boleh melanggan broker dan menggunakan maklumat yang diterbitkan oleh peranti TESS. Pelanggan MQTT khas akan dikembangkan untuk mengumpulkan semua data ini dan menyimpannya dalam pangkalan data SQLite.

Konfigurasi peranti

● Konfigurasi instrumen akan dikurangkan minimum untuk membantu penyelenggaraan.

● Setiap peranti memerlukan konfigurasi ini:

o SSID dan kata laluan WiFi.

o Pemalar penentukuran fotometer.

o Alamat dan port IP Broker MQTT.

o Nama mesra instrumen (unik setiap peranti)

o Nama saluran MQTT (seperti yang dijelaskan di atas)

Konfigurasi WiFi

Semasa pertama kali disambungkan ke kuasa, TESS-W membuat titik akses WiFi. Pengguna mengisi tetapan yang merangkumi nama (SSID) dan kata laluan penghala WiFi, titik sifar fotometri dan alamat Internet dan nama repositori broker. Selepas tetapan semula dan matikan dan hidupkan kitaran, fotometer TESS mula menghasilkan dan menghantar data.

Pada boot pertama, TESS bermula sebagai titik akses dengan nama TESSconfigAP. Telefon bimbit mesti disambungkan ke pusat akses ini.

● Semak imbas dengan penyemak imbas Internet URL berikut:

● Isi borang dengan parameter yang disenaraikan di 2.3

● Nyalakan semula peranti, yang akan menyambung ke penghala tempatan.

Apabila peranti kehilangan pautan dengan penghala WiFi, but semula dan konfigurasikannya semula sebagai titik akses, yang mudah untuk mengubah konfigurasi.

Perisian

Dokumentasi TESS-W Firmware boleh didapati di repositori github

github.com/cristogg/TESS-W

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

Untuk mikropemproseshttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

Langkah 8: Ucapan Akhir

Yayasan STARS4ALL adalah kesinambungan dari projek STARS4ALL yang bertugas dalam operasi rangkaian fotometer TESS-W. Ini adalah projek sains warganegara yang menghasilkan data yang menarik untuk kajian pencemaran cahaya.

Setelah fotometer anda dikalibrasi dan dikonfigurasi akan mula menghantar pengukuran ke infrastruktur STARS4ALL. Pengukuran ini dapat dilihat dari platform kami (https://tess.stars4all.eu/plots/). Selain itu, semua data yang dihasilkan dalam rangkaian boleh dimuat turun dari komuniti Zenodo kami (https://zenodo.org/communities/stars4all)