Fotometru TESS-W Night Sky Luminozitate: 8 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

TESS-W este un fotometru conceput pentru a măsura și monitoriza continuu luminozitatea cerului pe timp de noapte pentru studii de poluare a luminii. A fost creat în timpul proiectului european STARS4ALL H2020 cu un design deschis (hardware și software). Fotometrul TESS-W a fost conceput pentru a trimite date prin WIFI. Datele sunt vizualizate în timp real și partajate (date deschise). Răsfoiți https://tess.stars4all.eu/ pentru mai multe informații.

Acest document conține câteva detalii tehnice ale fotometrului de strălucire a cerului de noapte TESS-W și descrie cum să îl construiți. Include schemele electronice și optice ale senzorului, precum și carcasa rezistentă la intemperii.

Mai multe informații despre fotometrul TESS au fost prezentate în Zamorano și colab. „Fotometru STARS4ALL night sky brightness photometer“la Artificial Light at Night Meeting (ALAN2016) Cluj, Napoca, România, septembrie 2016.

TESS-W a fost dezvoltat de o echipă, iar designul se bazează pe opera lui Cristóbal García.

Aceasta este prima versiune de lucru a Instructables. Țineți-vă la curent.

Pasul 1: Descrierea TESS-W

Fotometrul este inclus într-o cutie rezistentă la intemperii care conține piesele electronice și optice personalizate. TESS are o placă de circuite imprimate personalizate (PCB) cu ESP8266. ESP8266 este un cip WIFI low-cost cu stivă TCP / IP completă și capacitate de microcontroler. Aparatul electronic este folosit pentru a citi frecvența furnizată de senzorul de lumină TSL237 (pentru date privind luminozitatea cerului nocturn) și, de asemenea, modulul de termometru cu infraroșu MLX90614ESF-BA (pentru informații despre acoperirea norilor).

Detectorul de luminozitate a cerului este o fotodiodă TSL237 care convertește lumina în frecvență. Este același senzor folosit de fotometrele SQM. Cu toate acestea, trecerea de bandă este mai extinsă la gama roșie cu utilizarea unui filtru dicroic (etichetat UVIR pe parcele) în ceea ce privește filtrul de culoare BG38 al SQM.

Lumina din cer este colectată cu ajutorul opticii care include un filtru dicroic pentru a selecta banda de trecere. Filtrul acoperă complet colectorul (1). Senzorul (nevăzut în această imagine) este amplasat pe o placă cu circuite imprimate împreună cu dispozitivele electronice personalizate (2). Modulul WIFI (3) cu o antenă în interiorul cutiei care extinde gama WIFI. Un senzor cu infraroșu apropiat (4) este utilizat pentru a măsura temperatura cerului. În cele din urmă, încălzitorul (5) este pornit atunci când este necesar pentru a scăpa de condensul de pe fereastră sau chiar pentru a topi gheața sau zăpada (6). Câmpul vizual (FoV) este FWHM = 17 grade.

Răspunsul spectral al TESS-W este comparat cu benzile fotometrice astronomice Johnson B, V și R și cu spectrele unui cer poluat de lumină din Madrid și cerul întunecat al observatorului astronomic Calar Alto.

Pasul 2: TESS-W Photometer Electronics

Placa electronica

Componenta principală a TESS este o placă electronică personalizată (PCB, placă cu circuite imprimate).

Fișierul necesar pentru PCB poate fi descărcat de pe

PCB-ul a fost proiectat pentru a se potrivi în interiorul cutiei selectate a carcasei (vezi mai târziu).

Componentele principale

Piesele electronice ale PCB-urilor pot fi răsfoite pe imaginea însoțită și în fișierul furnizat.

Pasul 3: Optică fotometru TESS-W

Proiectare și componente

Lumina din cer este colectată cu ajutorul opticii care include un filtru dicroic pentru a selecta banda de trecere. Filtrul acoperă complet colectorul. Carcasa fotometrului are o fereastră clară care permite luminii cerului să intre în fotometru. Interiorul este protejat cu o fereastră transparentă de sticlă.

Designul optic este descris în prima figură. Lumina trece de fereastra clară a filtrului (1) și intră printr-o gaură (3) a capacului carcasei (2). Fereastra clară este lipită de capacul incintei. Filtrul dicroic (4) este situat deasupra colectorului de lumină (5). Detectorul (6) a fost amplasat la ieșirea colectorului.

Fereastra limpede

Prima componentă este o fereastră transparentă care permite trecerea luminii către restul componentelor și sigilează fotometrul. Aceasta este o fereastră realizată din sticlă (BAK7), deoarece ar trebui să reziste intemperiilor. Fereastra are o grosime de 2 mm și un diametru de 50 mm. Curba de transmisie a fost măsurată la bancul de lucru optic LICA-UCM. Este aproape constant ~ 90% în lungimea de undă 350nm -1050nm, ceea ce înseamnă că fereastra clară nu introduce schimbări în culoarea luminii.

Filtrul dicroic

Filtrul dicroic este un filtru rotunjit de 20 mm în diametru pentru a acoperi complet colectorul de lumină. Acest lucru asigură că nu există lumină nefiltrată care ajunge la detector. Acest lucru este important, deoarece detectorul TSL237 este sensibil în infraroșu (IR). Filtrul UVIR a fost conceput pentru a transmite de la 400 la 750 nm, adică reduce răspunsul ultraviolet al detectorului sub 400 nm și răspunsul IR peste 750 nm. Curba de transmisie este similară cu o combinație între un filtru de trecere lungă și un filtru de trecere scurt, cu un răspuns aproape plat, ajungând la aproape 100%, măsurat în bancul de lucru optic LICA-UCM (vezi graficele din descriere)

Colectorul de lumină

Pentru a aduna lumina din cer, TESS folosește un colector de lumină. Acest colector este foarte ieftin deoarece este fabricat din plastic folosind turnarea prin injecție. Aceste lentile sunt utilizate pentru a transmite lumina în lanterne. Partea interioară este un reflector paraboloid transparent. Suportul negru împiedică lumina rătăcită să ajungă la detector.

Folosim colectoare de lumină neagră cu o valoare nominală de 60 de grade FoV. Când este utilizat în TESS, FoV este redus datorită poziției detectorului în afara colectorului. FoV-ul final măsurat (inclusiv posibila vignetare de pe capacul carcasei) a fost măsurat în bancul de lucru optic. Răspunsul unghiular este similar cu o funcție gaussiană de lățime maximă de 17 grade la jumătate maximă (FWHM).

Cutia

Electronica și optica fotometrului TESS sunt protejate de o carcasă simplă bazată pe o cutie comercială din plastic, care este potrivită pentru a fi în aer liber și pentru a rezista la intemperii.

Cutia este mică (exterior: 58 x 83 x 34 mm; interior: 52 x 77 x 20 mm). Cutia are un capac cu șurub pentru a accesa interiorul. Construcția etanșă asigură un nivel suficient de protecție împotriva pătrunderii atât a apei, cât și a prafului. Pentru a preveni ruginirea șuruburilor, șuruburile originale au fost schimbate cu șuruburi din oțel inoxidabil.

Pasul 4: Carcasă TESS-W

Cutia

Electronica și optica fotometrului TESS sunt protejate de o carcasă simplă bazată pe o cutie comercială din plastic, care este potrivită pentru a fi în aer liber și pentru a rezista la intemperii.

Cutia este mică (exterior: 58 x 83 x 34 mm; interior: 52 x 77 x 20 mm). Cutia are un capac cu șurub pentru a accesa interiorul. Construcția etanșă asigură un nivel suficient de protecție împotriva pătrunderii atât a apei, cât și a prafului. Pentru a preveni ruginirea șuruburilor, șuruburile originale au fost schimbate cu șuruburi din oțel inoxidabil.

Prelucrarea cutiei

Este necesar să efectuați câteva prelucrări simple pe cutie. Fereastra care permite luminii să ajungă la colectorul de lumină are o lățime de 20 mm în diametru. Este acoperit de o fereastră clară care ar trebui lipită cu silicon rezistent la intemperii. Gaura mică este portul termometrului IR și are un diametru de 8,5 mm. Pe cealaltă parte a cutiei este necesară o gaură de 12 mm pentru presetupă. Cele două perforații de 2,5 mm sunt utilizate pentru a fixa încălzitorul pe capacul cutiei.

Pasul 5: Montarea fotometrului TESS-W

1. Pregătirea

1. Vopsiți cutia din interior în negru.

Prelucrarea cutiei

2. Foraj:

● 1x 20 mm pentru fereastră. ● 1x 12 mm pentru presetupă. ● 1x 8,5 mm pentru termopil. ● 2x 2,5 mm pentru încălzitor. ● 2x 1 mm pe partea laterală a cutiei.

3. Forați placa difuzorului din aluminiu (grosime 1 mm) pentru rezistența încălzitorului, 4. Înșurubați rezistența și placa la capac.5. Lipiți distanțierele de 8 mm pentru PCB. Lipiți geamul liber (încălzitorul de rezistență trebuie înșurubat în poziție)

Termopil

7. Scoateți regulatorul de tensiune și conectați ambele terminale prin lipirea unui pod.8. Lipiți un conector cu 4 pini cu un singur cap la conectorul de bord de 60 mm lungime. Lipiți termopilul pe capac.

Antenă

10. Faceți o gaură pentru a fixa antena la cutie.11. Tăiați colțurile antenei.12. Scoateți antena ceramică a modulului wifi, precum și conectorul antenei și LED-ul roșu.

2. Montare

Vă rugăm să urmați această secvență ordonată:

1. Fixați antena de cutie cu ajutorul unui șurub. Așezați presetupa și cablul de alimentare. Fixați colectorul (cilindru negru) pe PCB (două șuruburi).4. Fixați PCB-ul pe cutie (două șuruburi).5. Înșurubați cablul de alimentare la conectorul plăcii verzi. (Fir roșu la pozitiv).6. Cablu de antenă de lipit la modulul wifi. Lipiți la încălzitorul de rezistență un cablu cu 2 pini cu un singur cap la placa cablului conectorului de 55 mm. Conectați termopilul și rezistența (aveți grijă să nu rupeți PCB-ul).

Rezistența acționează ca un încălzitor și este conectată la capac cu o placă de aluminiu. Imaginile explică următoarele procese: Antena trebuie înșurubată la cutie, regulatorul termopilei a fost înlocuit de o punte, iar cele două distanțieri (în negru) pentru PCB ar trebui lipite de cutie. Interiorul cutiei este vopsit în negru.

Una dintre figuri prezintă modulul WIFI original care are o antenă ceramică și o priză pentru conectarea unei antene suplimentare (partea de sus). Folosim o antenă al cărei cablu este lipit la modulul wifi (jos). Rețineți că antena ceramică, mufa și LED-ul roșu de lângă cablu au fost scoase.

Pasul 6: Calibrare fotometrică TESS-W

Fotometrele ar trebui calibrate pentru a se asigura că măsurătorile de la diferite dispozitive sunt consistente. TESS-W sunt calibrate încrucișat în raport cu un fotometru principal la Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) al Universității Complutense de Madrid.

Configurarea este o sferă integrantă al cărei interior ar putea fi iluminat de o sursă de lumină și cu mai multe porturi optice pentru conectarea fotometrelor. Sursa de lumină utilizată este un LED de 596 nm cu FWHM de 14 nm.

Dacă doriți să vă calibrați fotometrul TESS-W, puteți contacta LICA-UCM.

Pasul 7: Software-ul TESS-W

Software modul WIFI

Comunicare și software

Sistemul complet include o rețea de senzori și un broker de software care mediază între producătorii de informații și consumatori, care este rezervat senzorilor calibrați. După ce ați calibrat fotometrul (a se vedea Pasul 6), STARS4ALL vă va oferi acreditările de publicat în broker.

A fost dezvoltat un exemplu de consumator în Python pentru a stoca date într-o bază de date SQLite. Acest consumator poate fi instalat pe unul sau mai multe PC-uri sau servere. Caracteristicile principale ale software-ului sunt enumerate mai jos:

● Software personalizat pentru TESS dezvoltat în C.

● Software pentru editor MQTT dezvoltat în bibliotecile Arduino IDE și ESP8266.

● MQTT Broker fie într-o implementare internă, fie într-o terță parte disponibilă (de exemplu, testați mosquitto.org)

● Software de abonat MQTT care primește date de la editori și le stochează într-o bază de date relațională (SQLite).

MQTT este un protocol ușor M2M / Internet of Things potrivit pentru dispozitivele cu constrângeri care necesită mult mai puține cheltuieli generale decât comunicațiile bazate pe

Fiecare senzor trimite periodic măsurători către un server MQTT la distanță printr-un router local. Acest server - denumit „broker” în lumea MQTT - primește date de la mulți senzori și le redistribuie tuturor părților abonate, decuplând astfel editorii de consumatori. Serverul de la distanță poate fi implementat fie intern, într-o instalație centrală pentru proiect. Alternativ, putem folosi brokeri MQTT gratuiți disponibili, cum ar fi test.mosquitto.org.

Orice client software se poate abona la broker și poate consuma informațiile publicate de dispozitivele TESS. Un client special MQTT va fi dezvoltat pentru a colecta toate aceste date și a le stoca într-o bază de date SQLite.

Configurarea dispozitivului

● Configurarea instrumentului va fi redusă la minimum pentru a ajuta la întreținere.

● Fiecare dispozitiv are nevoie de această configurație:

o SSID WiFi și parolă.

o Constanta de calibrare a fotometrului.

o Adresa IP și portul MQTT Broker.

o Numele prietenos cu instrumentul (unic pe dispozitiv)

o Numele canalului MQTT (așa cum este descris mai sus)

Configurare WiFi

La prima conectare la alimentare, TESS-W creează un punct de acces WiFi. Utilizatorul completează setările care includ numele (SSID) și parola routerului WiFi, punctul zero al fotometriei și adresa de Internet și numele depozitului broker. După resetare, oprire și pornire, fotometrul TESS începe să producă și să trimită date.

La prima pornire, TESS începe ca un punct de acces cu numele TESSconfigAP. Un telefon mobil trebuie să se conecteze la acest punct de acces.

● Răsfoiți cu un browser de internet următoarea adresă URL:

● Completați formularul cu parametrii enumerați la 2.3

● Reporniți dispozitivul, care se va conecta la routerul local.

Când dispozitivul pierde legătura cu routerul WiFi, reporniți și se configurează din nou ca punct de acces, ceea ce este convenabil pentru a schimba configurația.

Software

Firmware-ul TESS-W, o documentație poate fi găsită la depozitul github

github.com/cristogg/TESS-W

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

Pentru microprocesor

Pasul 8: Observații finale

Fundația STARS4ALL este continuarea proiectului STARS4ALL care se ocupă de funcționarea rețelei de fotometre TESS-W. Acesta este un proiect științific cetățean care produce date de interes pentru studii de poluare luminoasă.

Odată ce fotometrul dvs. este calibrat și configurat, va începe să trimită măsurătorile către infrastructura STARS4ALL. Aceste măsurători pot fi vizualizate de pe platforma noastră (https://tess.stars4all.eu/plots/). În plus, toate datele generate în rețea pot fi descărcate din comunitatea noastră Zenodo (https://zenodo.org/communities/stars4all)