TESS-W Fotometer in die naghemel: 8 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

TESS-W is 'n fotometer wat ontwerp is om die helderheid van die naghemel te meet en voortdurend te monitor vir ligte besoedelingsstudies. Dit is geskep tydens die STARS4ALL H2020 Europese projek met 'n oop ontwerp (hardeware en sagteware). Die TESS-W fotometer is ontwerp om data via WIFI te stuur. Die data word intyds gevisualiseer en gedeel (oop data). Kyk na https://tess.stars4all.eu/ vir meer inligting.

Hierdie dokument bevat 'n paar tegniese besonderhede van die TESS-W fotoligtheid van die naghemelhelderheid en beskryf hoe u dit kan bou. Dit bevat die elektroniese en optiese skemas van die sensor en ook die weerbestande omhulsel.

Meer inligting oor die TESS -fotometer is aangebied in Zamorano et al. "STARS4ALL naghemel helderheid fotometer" by Artificial Light At Night Meeting (ALAN2016) Cluj, Napoca, Roemenië, September 2016.

TESS-W is deur 'n span ontwikkel en die ontwerp is gebaseer op die werk van Cristóbal García.

Dit is die eerste werkweergawe van die Instructables. Hou ingeskakel.

Stap 1: Beskrywing van TESS-W

Die fotometer is ingeslote in 'n weerbestande boks met die pasgemaakte elektronika en optiese onderdele. TESS het 'n pasgemaakte printplaat (PCB) met 'n ESP8266. Die ESP8266 is 'n goedkoop WIFI-chip met volledige TCP/IP-stapel en mikrobeheerdervermoë. Die elektronika word gebruik om die frekwensie wat deur die TSL237-ligsensor verskaf word (vir data oor die helderheid van die naghemel) en ook die MLX90614ESF-BA-infrarooi termometer-module (vir wolkbedekking) te lees.

Die helderheidsdetektor is 'n TSL237 -fotodiode wat lig na frekwensie omskakel. Dit is dieselfde sensor wat die SQM -fotometers gebruik. Die bandpas is egter meer uitgebrei tot die rooi reeks met 'n dikroïese filter (gemerk UVIR op die plotte) ten opsigte van die BG38 -kleurfilter van die SQM.

Die lig uit die lug word versamel met die optika wat 'n dichroïese filter bevat om die bandpas te kies. Die filter bedek die versamelaar (1) volledig. Die sensor (nie op hierdie foto gesien nie) is op die printplaat saam met die pasgemaakte elektronika (2). Die WIFI -module (3) met 'n antenna in die boks wat die WIFI -reeks uitbrei. 'N Byna-infrarooi sensor (4) word gebruik om lugtemperatuur te meet. Laastens word die verwarmer (5) aangeskakel wanneer dit nodig is om van kondens op die venster ontslae te raak of selfs om die ys of sneeu te smelt (6). Die gesigsveld (FoV) is FWHM = 17 grade.

Die spektrale reaksie van die TESS-W word vergelyk met die astronomiese Johnson B, V en R fotometriese bande en met die spektra van 'n ligbesoedelde lug van Madrid en die sterrehemel Calar Alto astronomiese sterrewag.

Stap 2: TESS-W fotometerelektronika

Elektroniese bord

Die belangrikste komponent van TESS is 'n pasgemaakte elektroniese bord (PCB, printboard).

Die lêer wat vir die PCB benodig word, kan afgelaai word vanaf

Die PCB is ontwerp om in die geselekteerde omhulselkas te pas (sien later).

Hoofkomponente

Die elektroniese onderdele van die PCB's kan op die prentjie en in die lêer verskyn.

Stap 3: TESS-W fotometeroptika

Ontwerp en komponente

Die lig uit die lug word versamel met die optika wat 'n dichroïese filter bevat om die bandpas te kies. Die filter bedek die versamelaar volledig. Die fotometeromhulsel het 'n duidelike venster waarmee die hemellig die fotometer kan binnedring. Die binnekant is beskerm met 'n deurskynende venster.

Die optiese ontwerp word in die eerste figuur uitgebeeld. Die lig gaan deur die deurskynende filtervenster (1) en gaan deur 'n gat (3) van die omhulseldeksel (2). Die deurskynende venster word aan die omhulsel se omhulsel vasgeplak. Die dikroïse filter (4) is bo -op die ligversamelaar (5) geleë. Die detektor (6) is by die kollektoruitgang geplaas.

Die duidelike venster

Die eerste komponent is 'n deursigtige venster wat die lig na die res van die komponente laat deurgaan en die fotometer verseël. Dit is 'n venster gemaak van glas (BAK7) omdat dit die weer moet weerstaan. Die venster het 'n dikte van 2 mm en 'n deursnee van 50 mm. Die transmissiekurwe is gemeet by die LICA-UCM optiese werkbank. Dit is byna konstant ~ 90% in die golflengtebereik 350nm -1050nm, dit beteken dat die helder venster geen verandering in die kleur van die lig meebring nie.

Die dikroïese filter

Die dikroïse filter is 'n afgeronde filter van 20 mm in deursnee om die ligversamelaar heeltemal te bedek. Dit verseker dat daar geen ongefiltreerde lig by die detektor uitkom nie. Dit is belangrik, aangesien die TSL237 -detektor verstandig is in die infrarooi (IR). Die UVIR -filter is ontwerp om van 400 tot 750 nm oor te dra, dit wil sê dit sny die ultraviolet reaksie van die detektor onder 400 nm en die IR -reaksie oor 750 nm. Die transmissiekurwe is soortgelyk aan 'n kombinasie van 'n long pass en 'n short pass filter met 'n byna plat reaksie wat byna 100% bereik, gemeet in LICA-UCM optiese werkbank (sien die grafieke by die beskrywing)

Die ligversamelaar

Om die lig uit die lug te versamel, gebruik TESS 'n ligversamelaar. Hierdie versamelaar is baie goedkoop omdat dit in plastiek gemaak is met spuitgietwerk. Hierdie lense word gebruik om die lig in flitse te straal. Die binnekant is 'n deursigtige paraboloïde reflektor. Die swart houer verhoed dat die verdwaalde lig die detektor bereik.

Ons gebruik versamelaars met swart lig met nominale 60 grade FoV. As dit in TESS gebruik word, word die FoV verminder as gevolg van die posisie van die detektor buite die kollektor. Die finale gemete FoV (insluitend die moontlike vignettering van die omhulseldeksel) is gemeet in die optiese werkbank. Die hoekreaksie is soortgelyk aan 'n Gaussiese funksie van 17 grade volle breedte teen die helfte maksimum (FWHM).

Die boks

Die elektronika en optika van die TESS -fotometer word beskerm deur 'n eenvoudige omhulsel wat gebaseer is op 'n kommersiële plastiekboks wat geskik is om buite te wees en om die weer te weerstaan.

Die boks is klein (buite: 58 x 83 x 34 mm; binne: 52 x 77 x 20 mm). Die boks het 'n skroefdeksel vir toegang tot die binnekant. Die verseëlde konstruksie bied genoeg beskerming teen die binnedring van water en stof. Om te voorkom dat die skroewe roes, is die oorspronklike skroewe met vlekvrye staalskroewe verander.

Stap 4: TESS-W-omhulsel

Die boks

Die elektronika en optika van die TESS -fotometer word beskerm deur 'n eenvoudige omhulsel wat gebaseer is op 'n kommersiële plastiekboks wat geskik is om buite te wees en om die weer te weerstaan.

Die boks is klein (buite: 58 x 83 x 34 mm; binne: 52 x 77 x 20 mm). Die boks het 'n skroefdeksel vir toegang tot die binnekant. Die verseëlde konstruksie bied genoeg beskerming teen die binnedring van water en stof. Om te voorkom dat die skroewe roes, is die oorspronklike skroewe met roesvrye staalskroewe verander.

Doosbewerking

Dit is nodig om 'n paar eenvoudige bewerkings op die boks uit te voer. Die venster wat lig toelaat om die ligversamelaar te bereik, het 'n breedte van 20 mm in deursnee. Dit word bedek met 'n deurskynende venster wat met weerbestande silikoon geplak moet word. Die klein gaatjie is die IR -termometerpoort en het 'n deursnee van 8,5 mm. Aan die ander kant van die boks is 'n gat van 12 mm nodig vir die kabelwartel. Die twee gate van 2,5 mm word gebruik om die verwarmer aan die boksdeksel vas te maak.

Stap 5: Monteer die TESS-W fotometer

1. Voorbereiding

1. Verf die boks binne in swart.

Doosbewerking

2. Boor:

● 1x 20 mm vir die venster. ● 1x 12 mm vir die kabelwartel. ● 1x 8.5 mm vir die termopaal. ● 2x 2.5 mm vir die verwarmer. ● 2x 1 mm aan die kant van die boks.

3. Boor die aluminiumverspreiderplaat (1 mm dik) vir die verwarmerweerstand, 4. Skroef die weerstand en plaat op die omslag. Plak die 8 mm afstandhouers vir die PCB vas. Plak die deurskynende venster vas (die weerstandsverwarmer moet vasgeskroef word)

Thermopile

7. Verwyder die spanningsreguleerder en verbind beide terminale deur 'n brug te soldeer. Soldeer 'n enkelkop-4-pins draad-aan-bord-aansluiting van 60 mm lank. Plak die termostaat op die omslag.

Antenne

10. Boor 'n gaatjie om die antenna aan die boks vas te maak.11. Sny die hoeke van die antenna af 12. Verwyder die keramiekantenne van die wifi -module en ook die antennekonnector en die rooi LED.

2. Montering

Volg hierdie volgorde:

1. Bevestig die antenna met 'n skroef aan die boks. Plaas die kabelwartel en die netsnoer. Bevestig die kollektor (swart silinder) aan die printplaat (twee skroewe).4. Bevestig die printplaat aan die boks (twee skroewe).5. Skroef die kragkabel aan die groenbordaansluiting. (Rooi draad na positief).6. Soldeer antennekabel na wifi module. Soldeer aan weerstandsverwarmer 'n enkelkop 2-pins draad-na-aansluitkabel van 55 mm. Koppel die termostaat en die weerstand (wees versigtig om nie die PCB te breek nie).

Die weerstand dien as 'n verwarmer en word met 'n aluminiumplaat aan die omslag gekoppel. Die foto's verduidelik die volgende prosesse: Die antenna moet aan die boks vasgeskroef word, die regulator van die termostaat is deur 'n brug vervang en die twee afstandhouers (in swart) vir die PCB moet aan die boks vasgeplak word. Die binnekant van die boks is in swart geverf.

Een van die figure toon die oorspronklike WIFI -module met 'n keramiekantenne en 'n aansluiting om 'n ekstra antenna aan die bokant aan te sluit. Ons gebruik 'n antenna waarvan die kabel aan die wifi -module (onder) is gesoldeer. Let daarop dat die keramiekantenne, die aansluiting en die rooi LED naby die kabel verwyder is.

Stap 6: TESS-W fotometriese kalibrasie

Die fotometers moet gekalibreer word om te verseker dat die metings van verskillende toestelle konsekwent is. Die TESS-W is gekruis gekalibreer relatief tot 'n meesterfotometer by Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) van die Universidad Complutense de Madrid.

Die opstelling is 'n integrerende sfeer waarvan die binnekant deur 'n ligbron verlig kan word en met verskeie optiese poorte om die fotometers aan te sluit. Die gebruikte ligbron is 'n LED van 596 nm met 14 nm FWHM.

As u u TESS-W fotometer wil kalibreer, kan u LICA-UCM kontak.

Stap 7: TESS-W sagteware

WIFI -module sagteware

Kommunikasie en sagteware

Die volledige stelsel bevat 'n sensornetwerk en 'n sagtewaremakelaar wat bemiddel tussen inligtingprodusente en verbruikers wat gereserveer is vir geykte sensors. Sodra u u fotometer gekalibreer het (sien stap 6), sal STARS4ALL u die bewys gee om in die makelaar te publiseer.

'N Voorbeeldverbruiker in Python om data in 'n SQLite -databasis te stoor, is ontwikkel. Hierdie verbruiker kan op een of meer rekenaars of bedieners geïnstalleer word. Die belangrikste kenmerke van die sagteware word hieronder gelys:

● Pasgemaakte sagteware vir TESS ontwikkel in C.

● MQTT -uitgewersagteware wat ontwikkel is in die Arduino IDE- en ESP8266 -biblioteke.

● MQTT-makelaar in 'n interne implementering of 'n beskikbare derde party (dws toets mosquitto.org)

● MQTT -intekenaarsagteware ontvang data van uitgewers en stoor dit in 'n verhoudingsdatabasis (SQLite).

MQTT is 'n liggewig protokol van M2M / Internet of Things wat geskik is vir beperkte toestelle wat veel minder oorhoofse koste benodig as op HTTP -gebaseerde kommunikasie.

Elke sensor stuur gereeld metings na 'n afgeleë MQTT -bediener via 'n plaaslike router. Hierdie bediener, genaamd 'makelaar' in die MQTT -wêreld, ontvang data van baie sensors en herversprei dit na alle ingetekende partye en ontkoppel sodoende uitgewers van verbruikers. Die afstandbediener kan intern in 'n sentrale fasiliteit vir die projek ontplooi word. Alternatiewelik kan ons beskikbare, gratis MQTT -makelaars soos test.mosquitto.org gebruik.

Enige sagteware -kliënt kan inteken op die makelaar en die inligting wat deur die TESS -toestelle gepubliseer word, gebruik. 'N Spesiale MQTT -kliënt sal ontwikkel word om al hierdie data te versamel en in 'n SQLite -databasis te stoor.

Toestelkonfigurasie

● Die konfigurasie van die instrument word tot 'n minimum beperk om onderhoud te verseker.

● Elke toestel benodig hierdie opset:

o WiFi SSID en wagwoord.

o Fotometer kalibrasie konstant.

o MQTT Broker IP -adres en poort.

o Instrumentvriendelike naam (uniek per toestel)

o MQTT -kanaalnaam (soos hierbo beskryf)

WiFi -opset

As TESS-W die eerste keer aan die krag gekoppel is, skep dit 'n WiFi-toegangspunt. Die gebruiker vul die instellings in wat die naam (SSID) en wagwoord van die WiFi -router, die nulpunt van die fotometrie en die internetadres en naam van die makelaarbewaarplek bevat. Na 'n herstel en afskakel en aanskakel, begin die TESS -fotometer data produseer en stuur.

By die eerste opstart begin TESS as 'n toegangspunt met die naam TESSconfigAP. 'N Selfoon moet by hierdie toegangspunt aansluit.

● Blaai met 'n internetblaaier na die volgende URL:

● Vul die vorm in met die parameters in 2.3

● Herlaai die toestel wat met die plaaslike router verbind sal word.

As die toestel die verbinding met die WiFi -router verloor, herlaai en konfigureer dit weer as 'n toegangspunt, wat maklik is om die konfigurasie te verander.

Sagteware

Die TESS-W Firmware en dokumentasie kan gevind word by die github-bewaarplek

github.com/cristogg/TESS-W

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

Vir die mikroverwerkerhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

Stap 8: Laaste opmerkings

Die STARS4ALL-stigting is die voortsetting van die STARS4ALL-projek wat verantwoordelik is vir die werking van die TESS-W fotometersnetwerk. Dit is 'n burgerwetenskaplike projek wat interessante inligting vir ligbesoedelingsstudies lewer.

Sodra u fotometer gekalibreer en gekonfigureer is, begin die metings na die STARS4ALL -infrastruktuur. Hierdie metings kan vanaf ons platform (https://tess.stars4all.eu/plots/) gevisualiseer word. Boonop kan alle data wat in die netwerk gegenereer word, afgelaai word uit ons Zenodo -gemeenskap (https://zenodo.org/communities/stars4all)