TESS-W Night Sky Brightness Photometer: 8 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

Ang TESS-W ay isang photometer na idinisenyo upang sukatin at patuloy na pagsubaybay sa liwanag ng kalangitan sa gabi para sa mga pag-aaral ng polusyon sa ligth. Nilikha ito sa panahon ng STARS4ALL H2020 European Project na may bukas na disenyo (hardware at software). Ang TESS-W photometer ay dinisenyo upang magpadala ng data sa pamamagitan ng WIFI. Ang data ay makikita sa real time at ibinahagi (bukas na data). Mag-browse sa https://tess.stars4all.eu/ para sa karagdagang impormasyon.

Nilalaman ng dokumentong ito ang ilang mga teknikal na detalye ng TESS-W night sky brightness photometer at naglalarawan kung paano ito maitatayo. Kabilang dito ang mga electronic at optikong eskematiko ng sensor at pati na rin ang enclosure ng patunay ng panahon.

Higit pang impormasyon tungkol sa TESS photometer ay ipinakita sa Zamorano et al. "STARS4ALL night sky brightness photometer" sa Artipisyal na Liwanag Sa Ganap na Pagpupulong (ALAN2016) Cluj, Napoca, Romania, september 2016.

Ang TESS-W ay binuo ng isang koponan at ang disenyo ay batay sa gawain ni Cristóbal García.

Ito ang unang gumaganang bersyon ng Mga Instructable. Manatiling nakatutok

Hakbang 1: Paglalarawan ng TESS-W

Ang photometer ay nakapaloob sa isang kahon ng patunay ng panahon na nilalaman ang pasadyang ginawang electronics at mga optikal na bahagi. Ang TESS ay may pasadyang ginawa Printed Circuit Board (PCB) na may isang ESP8266. Ang ESP8266 ay isang murang WIFI chip na may buong TCP / IP stack at kakayahan ng microcontroller. Ginagamit ang elektronikong upang basahin ang dalas na ibinigay ng TSL237 light sensor (para sa data ng liwanag ng kalangitan sa gabi) at pati na rin ang MLX90614ESF-BA Infrared thermometer module (para sa impormasyon ng cloud cover).

Ang detektor ng ningning na kalangitan ay isang TSL237 photodiode na nag-convert ng ilaw sa dalas. Ito ay ang parehong sensor na ginamit ng mga SQM photometers. Gayunpaman, ang bandpass ay mas pinalawig sa pulang saklaw gamit ang isang dichroic filter (may label na UVIR sa mga plots) na patungkol sa filter ng kulay na BG38 ng SQM.

Ang ilaw mula sa kalangitan ay nakolekta gamit ang mga optika na may kasamang isang dichroic filter upang mapili ang bandpass. Ganap na sakop ng filter ang kolektor (1). Ang sensor (hindi nakikita sa larawang ito) ay matatagpuan sa isang naka-print na circuit board kasama ang pasadyang ginawa na electronics (2). Ang module na WIFI (3) na may isang antena sa loob ng kahon na umaabot sa saklaw ng WIFI. Ang isang malapit-infrared sensor (4) ay ginagamit upang masukat ang temperatura ng langit. Sa wakas, ang pampainit (5) ay nakabukas kung kinakailangan upang mapupuksa ang paghalay sa bintana o kahit na matunaw ang yelo o niyebe (6). Ang larangan ng view (FoV) ay FWHM = 17 degree.

Ang spektral na tugon ng TESS-W ay inihambing sa mga astronomikal na Johnson B, V at R photometric band at sa paningin ng isang ilaw na maruming kalangitan ng Madrid at ang Calar Alto na astronomikal na obserbatoryo ng madilim na kalangitan.

Hakbang 2: TESS-W Photometer Electronics

Electronic board

Ang pangunahing bahagi ng TESS ay isang pasadyang ginawang electronic board (PCB, naka-print na circuit board).

Ang file na kinakailangan para sa PCB ay maaaring ma-download mula sa

Ang PCB ay dinisenyo upang magkasya sa loob ng napiling kahon ng enclosure (tingnan sa paglaon).

Pangunahing mga sangkap

Ang mga elektronikong bahagi ng PCB ay maaaring ma-browse sa sinamahan ng imahe at sa file na ibinigay.

Hakbang 3: TESS-W Photometer Optics

Disenyo at mga bahagi

Ang ilaw mula sa kalangitan ay nakolekta gamit ang mga optika na may kasamang isang dichroic filter upang mapili ang bandpass. Ganap na sakop ng filter ang kolektor. Ang enclosure ng photometer ay may isang malinaw na bintana na nagpapahintulot sa ilaw ng langit na pumasok sa photometer. Ang loob ay protektado ng isang baso na salamin ng bintana.

Ang disenyo ng salamin sa mata ay inilalarawan sa unang pigura. Ang ilaw ay pumasa sa malinaw na window ng filter (1) at pumasok sa pamamagitan ng isang butas (3) ng takip ng enclosure (2). Ang malinaw na bintana ay nakadikit sa takip ng enclosure. Ang dichroic filter (4) ay matatagpuan sa tuktok ng light collector (5). Ang detector (6) ay inilagay sa exit ng kolektor.

Ang malinaw na bintana

Ang unang sangkap ay isang transparent window na nagbibigay-daan sa ilaw na pumasa sa natitirang mga bahagi at selyo ang photometer. Ito ay isang bintana na gawa sa baso (BAK7) dahil dapat nitong labanan ang panahon. Ang window ay may kapal na 2 mm at diameter na 50 mm. Ang transmission curve ay sinusukat sa LICA-UCM optical workbench. Ito ay halos pare-pareho ~ 90% sa saklaw ng haba ng haba ng haba 350nm -1050nm, nangangahulugan iyon na ang malinaw na window ay hindi nagpapakilala ng pagbabago sa kulay ng ilaw.

Ang filter na dichroic

Ang dichroic filter ay isang bilugan na filter na 20 mm ang lapad upang ganap na masakop ang light collector. Tinitiyak nito na walang walang filter na ilaw na umaabot sa detector. Ito ay mahalaga dahil ang TSL237 detector ay may katuturan sa infrared (IR). Ang UVIR filter ay idinisenyo upang magpadala mula 400 hanggang 750 nm, ibig sabihin, pinuputol nito ang ultraviolet na tugon ng detector na mas mababa sa 400 nm at ang IR na tumugon sa higit sa 750 nm. Ang curve ng paghahatid ay katulad ng isang kumbinasyon ng isang mahabang pass at isang maikling pass filter na may halos patag na tugon na umaabot sa halos 100% na sinusukat sa LICA-UCM optical workbench (tingnan ang mga plots sa paglalarawan)

Ang light collector

Upang makalikom ng ilaw mula sa kalangitan ay gumagamit ang TESS ng isang light collector. Ang kolektor na ito ay napaka-murang dahil ito ay ginawa sa plastic na gumagamit ng iniksyon na paghuhulma. Ginagamit ang mga lente na ito upang mag-ilaw ng ilaw sa mga flashlight. Ang panloob na bahagi ay isang transparent na paraboloid reflector. Pinipigilan ng itim na may-ari ang ilaw na malihis upang maabot ang detektor.

Gumagamit kami ng mga black light collector na may nominal na 60 degree FoV. Kapag ginamit sa TESS ang FoV ay nabawasan dahil sa posisyon ng detector sa labas ng kolektor. Ang pangwakas na nasukat na FoV (kasama ang posibleng pag-vignetting mula sa takip ng enclosure) ay sinusukat sa optikong workbench. Ang angular na tugon ay katulad ng isang pag-andar ng Gaussian na 17 degree buong lapad sa kalahati ng maximum (FWHM).

Ang kahon

Ang electronics at optika ng photometro ng TESS ay protektado ng isang simpleng enclosure batay sa isang komersyal na kahon ng plastik na angkop upang maging panlabas at upang labanan ang pag-aayos ng panahon.

Ang kahon ay maliit (sa labas: 58 x 83 x 34 mm; sa loob: 52 x 77 x 20 mm). Ang kahon ay may takip ng tornilyo upang ma-access ang loob. Ang selyadong konstruksyon ay nagbibigay ng sapat na antas ng proteksyon laban sa pagpasok ng parehong tubig at alikabok. Upang maiwasan na ang mga turnilyo ay magdusa mula sa kalawang, ang orihinal na mga turnilyo ay binago ng mga stainless steel screws.

Hakbang 4: TESS-W Enclosure

Ang kahon

Ang electronics at optika ng photometro ng TESS ay protektado ng isang simpleng enclosure batay sa isang komersyal na kahon ng plastik na angkop upang maging panlabas at upang labanan ang pag-aayos ng panahon.

Ang kahon ay maliit (sa labas: 58 x 83 x 34 mm; sa loob: 52 x 77 x 20 mm). Ang kahon ay may takip ng tornilyo upang ma-access ang loob. Ang selyadong konstruksyon ay nagbibigay ng sapat na antas ng proteksyon laban sa pagpasok ng parehong tubig at alikabok. Upang maiwasan na ang mga turnilyo ay magdusa mula sa kalawang, ang orihinal na mga turnilyo ay binago ng mga stainless steel screws.

Pagmomodel ng kahon

Kinakailangan na magsagawa ng ilang simpleng pagpapakete sa kahon. Ang window na nagpapahintulot sa ilaw na maabot ang light collector ay may lapad na 20 mm ang lapad. Ito ay natatakpan ng isang malinaw na bintana na dapat na nakadikit ng silikon na lumalaban sa panahon. Ang maliit na butas ay ang port ng thermometer ng IR at may diameter na 8.5 mm. Sa kabilang panig ng kahon kinakailangan ng isang 12 mm na butas para sa cable gland. Ang dalawang butas na 2.5 mm ay ginagamit upang ma-secure ang pampainit sa takip ng kahon.

Hakbang 5: Pag-mount sa TESS-W Photometer

1. Paghahanda

1. Kulayan ng itim ang kahon sa loob.

Pagmomodel ng kahon

2. Pagbabarena:

● 1x 20 mm para sa bintana. ● 1x 12 mm para sa cable gland. ● 1x 8.5 mm para sa thermopile. ● 2x 2.5 mm para sa heater. ● 2x 1 mm sa gilid ng kahon.

3. I-drill ang plate ng diffuser ng aluminyo (kapal ng 1 mm) para sa paglaban ng pampainit, 4. I-screw ang paglaban at plate sa takip.5. Kola ang 8mm spacers para sa PCB.6. Kola ang malinaw na bintana (ang resistensya pampainit ay dapat na screwed sa lugar)

Thermopile

7. Alisin ang voltage regulator at ikonekta ang parehong mga terminal sa pamamagitan ng paghihinang ng isang tulay.8. Maghinang ng isang solong ulo na 4-pin na kawad upang makakonekta sa konektor na 60 mm ang haba. 9. Kola ang thermopile sa takip.

Antenna

10. Mag-drill ng isang butas upang ma-secure ang antena sa kahon.11. Putulin ang mga sulok ng antena.12. Alisin ang ceramic antena ng wifi module at pati na rin ang antena conector at ang pulang LED.

2. Pag-mount

Mangyaring sundin ang iniutos na pagkakasunud-sunod:

1. I-secure ang antena sa kahon gamit ang isang tornilyo.2. Ilagay ang cable gland at ang kurdon ng kuryente.3. I-secure ang kolektor (itim na cilinder) sa PCB (dalawang turnilyo).4. I-secure ang PCB sa kahon (dalawang turnilyo).5. Screw power cable sa konektor ng berdeng board. (Pula na kawad hanggang positibo).6. Solder antenna cable sa wifi module. 7. Ang panghinang sa paglaban ng pampainit ng isang solong ulo na 2-pin wire upang sumakay sa cable ng konektor ng 55 mm.8. Ikonekta ang thermopile at ang paglaban (mag-ingat na huwag masira ang PCB).

Ang pagtutol ay gumaganap bilang isang pampainit at konektado sa takip na may isang plato ng aluminyo. Ipinapaliwanag ng mga larawan ang mga susunod na proseso: Ang antena ay dapat i-screwed sa kahon, ang regulator ng thermopile ay pinalitan ng isang tulay, at ang dalawang spacer (sa itim) para sa PCB ay dapat na nakadikit sa kahon. Ang loob ng kahon ay pininturahan ng itim.

Ipinapakita ng isa sa mga numero ang orihinal na module ng WIFI na mayroong isang ceramic antena at isang socket upang ikonekta ang isang sobrang antena (itaas). Gumagamit kami ng isang antena na ang cable ay solder sa wifi module (ibaba). Tandaan na ang ceramic antena, ang socket at pulang LED na malapit sa cable ay tinanggal.

Hakbang 6: Pag-calibrate ng TESS-W Photometric

Ang mga photometro ay dapat na naka-calibrate upang matiyak na ang mga sukat mula sa iba't ibang mga aparato ay pare-pareho. Ang TESS-W ay naka-calibrate na kaugnay sa isang master photometer sa Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) ng Universidad Complutense de Madrid.

Ang setup ay isang pagsasama-sama ng globo na ang panloob ay maaaring iluminado ng isang light source at may maraming mga optical port upang ikonekta ang mga photometers. Ang pinagmulan ng ilaw na pinagtatrabahuhan ay isang LED na 596 nm na may 14 nm FWHM.

Kung nais mong i-calibrate ang iyong TESS-W photometer, maaari kang makipag-ugnay sa LICA-UCM.

Hakbang 7: TESS-W Software

Software ng module ng WIFI

Komunikasyon at software

Kasama sa kumpletong sistema ang isang sensor network at isang software broker na namamagitan sa mga gumagawa ng impormasyon at mga consumer na nakalaan sa mga naka-calibrate na sensor. Kapag na-calibrate mo na ang iyong photometer (tingnan ang Hakbang 6), bibigyan ka ng STARS4ALL ng mga kredensyal upang mai-publish sa broker.

Ang isang sample na consumer sa Python upang mag-imbak ng data sa isang database ng SQLite ay binuo. Ang consumer na ito ay maaaring mai-install sa isa o maraming mga PC o server. Ang pangunahing mga katangian ng software ay nakalista sa ibaba:

● Pasadyang software para sa TESS na binuo sa C.

● Ang software ng publisher ng MQTT ay binuo sa mga aklatan ng Arduino IDE at ESP8266.

● MQTT Broker alinman sa isang in-house deploy o isang magagamit na third party (ie test mosquitto.org)

● MQTT subscriber software na tumatanggap ng data mula sa mga publisher at itinatago ito sa isang relational database (SQLite).

Ang MQTT ay isang M2M / Internet ng Mga bagay na magaan ang protokol na angkop para sa mga napigilan na aparato na nangangailangan ng mas kaunting overhead kaysa sa mga komunikasyon batay sa

Ang bawat sensor ay nagpapadala ng mga pana-panahong pagsukat sa isang remote na server ng MQTT sa pamamagitan ng isang lokal na router. Ang server na ito na pinangalanang "broker" sa mundo ng MQTT - ay tumatanggap ng data mula sa maraming mga sensor at muling ipamahagi sa lahat ng mga naka-subscribe na partido, kaya't binubura ang mga publisher mula sa mga consumer. Ang remote server ay maaaring i-deploy alinman sa bahay sa isang gitnang pasilidad para sa proyekto. Bilang kahalili, maaari naming gamitin ang magagamit, libreng mga MQTT na broker tulad ng test.mosquitto.org.

Ang anumang software client ay maaaring mag-subscribe sa broker at ubusin ang impormasyong na-publish ng mga aparato ng TESS. Ang isang espesyal na MQTT client ay bubuo upang kolektahin ang lahat ng data na ito at iimbak ang mga ito sa isang database ng SQLite.

Pag-configure ng aparato

● Ang pagsasaayos ng instrumento ay mababawasan sa isang minimum upang matulungan ang pagpapanatili.

● Kailangan ng bawat aparato ang pagsasaayos na ito:

o WiFi SSID at password.

o pare-pareho ang pag-calibrate ng Photometer.

o MQTT Broker IP address at port.

o Pangalan ng madaling gamitin na instrumento (natatangi bawat aparato)

o Pangalan ng channel ng MQTT (tulad ng inilarawan sa itaas)

Pagsasaayos ng WiFi

Kapag unang nakakonekta sa lakas, lumilikha ang TESS-W ng isang access point ng WiFi. Pinupunan ng gumagamit ang mga setting na may kasamang pangalan (SSID) at password ng WiFi router, ang zero point ng photometry at ang Internet address at pangalan ng repository ng broker. Pagkatapos ng pag-reset at pag-off at pag-on cycle, nagsisimula ang TESS photometer upang makabuo at magpadala ng data.

Sa unang boot, nagsisimula ang TESS bilang isang access point na may pangalang TESSconfigAP. Dapat kumonekta ang isang mobile phone sa access point na ito.

● Mag-browse gamit ang isang Internet browser ang sumusunod na URL:

● Punan ang form ng mga parameter na nakalista sa 2.3

● I-reboot ang aparato, na makokonekta sa lokal na router.

Kapag nawala ang link ng aparato sa router ng WiFi, i-reboot at muling i-configure ang sarili nito bilang isang access point, na maginhawa upang baguhin ang pagsasaayos.

Software

Ang TESS-W Firmware isang dokumentasyon ay matatagpuan sa repository ng github

github.com/cristogg/TESS-W

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

Para sa microprocessorhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

Hakbang 8: Pangwakas na Pangungusap

Ang STARS4ALL Foundation ay ang pagpapatuloy ng proyekto ng STARS4ALL na namamahala sa pagpapatakbo ng network ng mga photometers ng TESS-W. Ito ay isang proyekto ng agham ng mamamayan na gumagawa ng data ng interes para sa mga pag-aaral ng light polusyon.

Kapag ang iyong photometer ay naka-calibrate at na-configure ay magsisimulang ipadala ang mga sukat sa imprastraktura ng STARS4ALL. Ang mga sukat na ito ay maaaring mailarawan mula sa aming platform (https://tess.stars4all.eu/plots/). Dagdag pa, ang lahat ng data na nabuo sa network ay maaaring ma-download mula sa aming komunidad ng Zenodo (https://zenodo.org/communities/stars4all)