TESS-W Գիշերային երկնքի պայծառության լուսաչափ-8 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

TESS-W- ը լուսաչափ է, որը նախատեսված է գիշերային երկնքի պայծառության չափման և շարունակական մոնիտորինգի համար կապանների աղտոտման ուսումնասիրությունների համար: Այն ստեղծվել է STARS4ALL H2020 եվրոպական նախագծի ընթացքում ՝ բաց դիզայնով (ապարատային և ծրագրային ապահովում): TESS-W լուսաչափը նախագծված է տվյալների փոխանցման համար WIFI- ի միջոցով: Տվյալները արտացոլվում են իրական ժամանակում և կիսվում (բաց տվյալներ): Լրացուցիչ տեղեկությունների համար թերթեք

Այս փաստաթուղթը պարունակում է TESS-W գիշերային երկնքի պայծառության լուսաչափի որոշ տեխնիկական մանրամասներ և նկարագրում է այն կառուցելու եղանակը: Այն ներառում է սենսորի էլեկտրոնային և օպտիկական սխեմաները, ինչպես նաև եղանակի դիմացկուն պատյանը:

TESS լուսաչափի մասին լրացուցիչ տեղեկություններ ներկայացված են Zamorano et al. «STARS4ALL գիշերային երկնքի պայծառության լուսաչափ» Artificial Light at Night Meeting (ALAN2016) Կլուժ, Նապոկա, Ռումինիա, 2016 թ. Սեպտեմբեր:

TESS-W- ը մշակվել է թիմի կողմից, և դիզայնը հիմնված է Քրիստոբալ Գարսիայի աշխատանքի վրա:

Սա Instructables- ի առաջին աշխատանքային տարբերակն է: Շարունակեք հետևել:

Քայլ 1. TESS-W- ի նկարագրություն

Ֆոտոմետրը փակված է եղանակի պաշտպանման տուփի մեջ, որը պարունակում է անհատական պատրաստված էլեկտրոնիկա և օպտիկական մասեր: TESS- ը ունի հատուկ տպագիր տպատախտակ (PCB) ՝ ESP8266- ով: ESP8266- ը էժան WIFI չիպ է `TCP/IP ամբողջական կույտով և միկրոկոնտրոլերի հնարավորությամբ: Էլեկտրոնայինը օգտագործվում է TSL237 լույսի ցուցիչով (գիշերային երկնքի պայծառության տվյալների) և MLX90614ESF-BA ինֆրակարմիր ջերմաչափի մոդուլը (ամպային ծածկույթի տեղեկատվության համար) կարդալու համար:

Երկնքի պայծառության դետեկտորը TSL237 ֆոտոդիոդ է, որը լույսը փոխակերպում է հաճախականության: Դա նույն սենսորն է, որն օգտագործվում է SQM լուսաչափերի կողմից: Այնուամենայնիվ, կապուղին ավելի տարածված է կարմիր տիրույթում ՝ երկքրոֆտիկ ֆիլտրի կիրառմամբ (գծապատկերներում նշվում է UVIR) ՝ SQM- ի BG38 գունավոր զտիչի նկատմամբ:

Երկնքից լույսը հավաքվում է օպտիկայով, որը ներառում է երկքաղաքային զտիչ `անցուղին ընտրելու համար: Filterտիչը ամբողջությամբ ծածկում է կոլեկտորը (1): Սենսորը (որը չի երևում այս նկարում) տեղադրված է տպագիր տպատախտակի վրա `անհատական պատվերով պատրաստված էլեկտրոնիկայի հետ միասին (2): WIFI մոդուլը (3) տուփի ներսում ալեհավաքով, որն ընդլայնում է WIFI տիրույթը: Մոտ ինֆրակարմիր տվիչ (4) օգտագործվում է երկնքի ջերմաստիճանը չափելու համար: Ի վերջո, ջեռուցիչը (5) միացվում է անհրաժեշտության դեպքում `պատուհանի խտացումից ազատվելու կամ նույնիսկ սառույցը կամ ձյունը հալեցնելու համար (6): Տեսադաշտը (FoV) FWHM = 17 աստիճան է:

TESS-W- ի սպեկտրալ արձագանքը համեմատվում է Johnsonոնսոն B, V և R աստղաչափական ֆոտոմետրիկ շերտերի և Մադրիդի թեթև աղտոտված երկնքի և Կալար Ալտո աստղադիտարանի մութ երկնքի սպեկտրի հետ:

Քայլ 2. TESS-W Photometer Electronics

Էլեկտրոնային տախտակ

TESS- ի հիմնական բաղադրիչը պատվերով պատրաստված էլեկտրոնային տախտակն է (PCB, տպագիր տպատախտակ):

PCB- ի համար անհրաժեշտ ֆայլը կարելի է ներբեռնել

PCB- ն նախագծված է այնպես, որ տեղավորվի ընտրված պատյանների ներսում (տես ավելի ուշ):

Հիմնական բաղադրիչները

PCB- ների էլեկտրոնային մասերը կարելի է դիտել ուղեկցվող պատկերի վրա և տրամադրված ֆայլում:

Քայլ 3. TESS-W Photometer Optics

Դիզայն և բաղադրիչներ

Երկնքից լույսը հավաքվում է օպտիկայով, որն իր մեջ ներառում է երկփայլ զտիչ ՝ գոտու անցքը ընտրելու համար: Theտիչը ամբողջությամբ ծածկում է կոլեկտորը: Ֆոտոմետրերի պարիսպն ունի հստակ պատուհան, որը թույլ է տալիս երկնքի լույսը մտնել լուսաչափի մեջ: Ներսը պաշտպանված է ապակե թափանցիկ պատուհանով:

Օպտիկական դիզայնը պատկերված է առաջին նկարում: Լույսն անցնում է զտիչի մաքուր պատուհանից (1) և մտնում պարիսպի ծածկույթի (2) անցքից (2): Թափանցիկ պատուհանը սոսնձված է պարիսպի կափարիչին: Երկփեղկիչ զտիչը (4) գտնվում է լույսի կոլեկցիոների վերևում (5): Դետեկտորը (6) տեղադրված է կոլեկտորի ելքի մոտ:

Պարզ պատուհանը

Առաջին բաղադրիչը թափանցիկ պատուհան է, որը թույլ է տալիս լույսն անցնել մնացած բաղադրիչներին և կնքում լուսաչափը: Սա ապակուց պատրաստված պատուհան է (BAK7), քանի որ այն պետք է դիմադրի եղանակին: Պատուհանի հաստությունը 2 մմ է, տրամագիծը ՝ 50 մմ: Փոխանցման կորը չափվել է LICA-UCM օպտիկական աշխատասեղանին: Այն գրեթե անփոփոխ է 350 90% ալիքի երկարության միջակայքում `350 նմ -1050 նմ, ինչը նշանակում է, որ թափանցիկ պատուհանը չի փոխում լույսի գույնը:

Dichroic զտիչ

Dichroic զտիչը 20 մմ տրամագծով կլորացված զտիչ է, որն ամբողջությամբ ծածկում է լույսի կոլեկտորը: Սա հավաստիացնում է, որ դետեկտորին չի հասնում ոչ ֆիլտրացված լույս: Սա կարևոր է, քանի որ TSL237 դետեկտորը խելամիտ է ինֆրակարմիր ճառագայթում (IR): UVIR զտիչը նախագծված է 400 -ից 750 նմ փոխանցելու համար, այսինքն `այն դետեկտորի ուլտրամանուշակագույն արձագանքը կտրում է 400 նմ -ից ցածր, իսկ IR արձագանքը` 750 նմ -ից: Փոխանցման կորը նման է երկար անցման և կարճ անցման զտիչի գրեթե համաչափ արձագանքին ՝ հասնելով գրեթե 100% -ի, ինչպես չափված է LICA-UCM օպտիկական աշխատասեղանին (տե՛ս նկարագրության գծապատկերները)

Լույսի կոլեկցիոներ

Երկնքից լույս հավաքելու համար TESS- ը օգտագործում է լույսի կոլեկցիոներ: Այս կոլեկտորը շատ էժան է, քանի որ այն պատրաստված է պլաստմասսայից ՝ օգտագործելով ներարկման ձուլվածք: Այս ոսպնյակներն օգտագործվում են լապտերների լույսը ճառագայթելու համար: Ներքին մասը թափանցիկ պարաբոլոիդ ռեֆլեկտոր է: Սև պահողը թույլ չի տալիս թափառող լույսը հասնել դետեկտորին:

Մենք օգտագործում ենք սև լույսի կոլեկտորներ `անվանական 60 աստիճան FoV- ով: TESS- ում օգտագործելիս FoV- ն կրճատվում է կոլեկցիոներից դուրս դետեկտորի դիրքի պատճառով: Վերջնական չափված FoV- ն (ներառյալ պարիսպի ծածկից հնարավոր վինետինգը) չափվել է օպտիկական աշխատասեղանին: Անկյունային պատասխանը նման է Գաուսի գործառույթին `17 աստիճան լրիվ լայնությամբ` առավելագույն առավելագույնի դեպքում (FWHM):

Տուփը

TESS լուսաչափի էլեկտրոնիկան և օպտիկան պաշտպանված են պարզ պարիսպով ՝ հիմնված առևտրային պլաստիկ տուփի վրա, որը հարմար է բացօթյա լինելու և եղանակին դիմակայելու համար:

Տուփը փոքր է (դրսից ՝ 58 x 83 x 34 մմ; ներսում ՝ 52 x 77 x 20 մմ): Տուփը ունի պտուտակավոր կափարիչ `ներս մուտք գործելու համար: Կնքված կոնստրուկցիան ապահովում է բավարար մակարդակի պաշտպանություն ինչպես ջրի, այնպես էլ փոշու մուտքից: Պտուտակները ժանգոտվելուց խուսափելու համար սկզբնական պտուտակները փոխվել են չժանգոտվող պողպատից:

Քայլ 4: TESS-W պարիսպ

Տուփը

TESS լուսաչափի էլեկտրոնիկան և օպտիկան պաշտպանված են պարզ պարիսպով ՝ հիմնված առևտրային պլաստիկ տուփի վրա, որը հարմար է բացօթյա լինելու և եղանակին դիմակայելու համար:

Տուփը փոքր է (դրսից ՝ 58 x 83 x 34 մմ; ներսում ՝ 52 x 77 x 20 մմ): Տուփը ունի պտուտակավոր կափարիչ `ներս մուտք գործելու համար: Կնքված կոնստրուկցիան ապահովում է բավարար մակարդակի պաշտպանություն ինչպես ջրի, այնպես էլ փոշու մուտքից: Պտուտակները ժանգոտվելուց խուսափելու համար սկզբնական պտուտակները փոխվել են չժանգոտվող պողպատից:

Տուփի մշակում

Անհրաժեշտ է տուփի վրա կատարել մի քանի պարզ մշակում: Պատուհանը, որը թույլ է տալիս լույսին հասնել լուսային կոլեկտորին, ունի 20 մմ տրամագծի լայնություն: Այն ծածկված է հստակ պատուհանով, որը պետք է սոսնձված լինի եղանակին դիմացկուն սիլիկոնով: Փոքր անցքը IR ջերմաչափի նավահանգիստն է և ունի 8,5 մմ տրամագիծ: Տուփի մյուս կողմում անհրաժեշտ է 12 մմ անցք մալուխային գեղձի համար: Տուփի կափարիչին ջեռուցիչը ամրացնելու համար օգտագործվում են 2.5 մմ տրամագծով երկու անցքեր:

Քայլ 5: TESS-W լուսաչափի տեղադրում

1. Նախապատրաստում

1. Ներքին տուփը ներկեք սեւ գույնով:

Տուփի մշակում

2. Հորատում.

● 1x 20 մմ պատուհանի համար. ● 1x 12 մմ մալուխային գեղձի համար: ● 1x 8.5 մմ ջերմաչափի համար. ● 2x 2.5 մմ ջեռուցիչի համար: ● 2x 1 մմ տուփի կողքին:

3. Drեռուցիչի դիմադրության համար փորեք ալյումինե դիֆուզորային ափսե (1 մմ հաստությամբ), 4. Պտուտակեք դիմադրությունը և ափսեը կափարիչին: Կպցրեք 8 մմ հեռավորությունը PCB- ի համար: 6. Կպչեք թափանցիկ պատուհանից (դիմադրության տաքացուցիչը պետք է պտուտակված լինի տեղում)

Թերմոպուլ

7. Հեռացրեք լարման կարգավորիչը և միացրեք երկու տերմինալները կամրջի զոդման միջոցով: Mmոդեք 60 մմ երկարությամբ միագլուխ 4 պտույտ մետաղալար: Կպչեք թերմոբիլը կափարիչին:

Անթենա

10. Անթենային տուփին ամրացնելու համար անցք բացեք: 11. Կտրեք ալեհավաքի անկյունները: 12. Հեռացրեք wifi մոդուլի կերամիկական ալեհավաքը, ինչպես նաև ալեհավաքի կոնեկտորը և կարմիր LED- ը:

2. Մոնտաժում

Խնդրում ենք հետևել այս պատվիրված հաջորդականությանը.

1. Պտուտակով ամրացրեք ալեհավաքը տուփին: Տեղադրեք մալուխային գեղձը և հոսանքի լարը: Ապահովեք կոլեկտորը (սև գլան) PCB- ին (երկու պտուտակ): PCB- ն ամրացրեք տուփին (երկու պտուտակ): 5. Պտուտակեք հոսանքի մալուխը կանաչ տախտակի միակցիչին: (Կարմիր մետաղալարից դեպի դրական): 6. Enոդման ալեհավաքի մալուխը wifi մոդուլին: Resistanceոդիչ `55 մմ տրամագծով մի գլխանի երկկողման մետաղալարով, որը միացնում է մարտկոցը: 8. Միացրեք թերմոբիլը և դիմադրությունը (զգույշ եղեք, որ չխախտեք PCB- ն):

Դիմադրությունը հանդես է գալիս որպես ջեռուցիչ եւ կափարիչին միացված է ալյումինե ափսեով: Նկարները բացատրում են հաջորդ գործընթացները. Տուփի ներսը ներկված է սև գույնով:

Նկարներից մեկը ցույց է տալիս WIFI- ի բնօրինակ մոդուլը, որն ունի կերամիկական ալեհավաք և վարդակից `լրացուցիչ ալեհավաք (վերև) միացնելու համար: Մենք օգտագործում ենք ալեհավաք, որի մալուխը զոդված է wifi մոդուլին (ներքևում): Նկատի ունեցեք, որ կերամիկական ալեհավաքը, վարդակից և մալուխի մոտ գտնվող կարմիր LED- ն հանված են:

Քայլ 6. TESS-W լուսաչափական չափագրում

Ֆոտոմետրերը պետք է ճշգրտվեն `համոզվելու համար, որ տարբեր սարքերից ստացված չափումները համահունչ են: TESS-W- ը խաչաձև չափագրված են Մադրիդի Universidad Complutense de Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA)-ի գլխավոր լուսաչափի համեմատ:

Կարգավորումը ինտեգրվող ոլորտ է, որի ինտերիերը կարող է լուսավորվել լույսի աղբյուրով և մի քանի օպտիկական նավահանգիստներով `լուսաչափերը միացնելու համար: Լույսի աղբյուրը, որն օգտագործվում է 596 նմ լուսադիոդով, 14 նմ FWHM- ով:

Եթե ցանկանում եք չափաբերել ձեր TESS-W լուսաչափը, կարող եք կապվել LICA-UCM- ի հետ:

Քայլ 7: TESS-W ծրագրակազմ

WIFI մոդուլի ծրագրակազմ

Հաղորդակցություն և ծրագրային ապահովում

Ամբողջական համակարգը ներառում է սենսորային ցանց և ծրագրային բրոքեր, որը միջնորդում է տեղեկատվություն արտադրողների և սպառողների միջև, որը վերապահված է ճշգրտված տվիչների: Երբ չափեք ձեր լուսաչափը (տես Քայլ 6), STARS4ALL- ը ձեզ կտրամադրի հավատարմագրեր ՝ բրոքերում հրապարակելու համար:

Մշակվել է Python- ում սպառողի ընտրանք ՝ SQLite տվյալների բազայում տվյալներ պահելու համար: Այս սպառողը կարող է տեղադրվել մեկ կամ մի քանի ԱՀ -ներում կամ սերվերներում: Softwareրագրաշարի հիմնական բնութագրերը թվարկված են ստորև.

● CESS- ում մշակված TESS- ի համար հարմարեցված ծրագրակազմ:

● MQTT հրատարակչական ծրագիր մշակված Arduino IDE և ESP8266 գրադարաններում:

● MQTT բրոքեր կամ ներքին տեղակայման մեջ, կամ մատչելի երրորդ կողմ (այսինքն `փորձարկել mosquitto.org)

● MQTT բաժանորդային ծրագրակազմը ստանում է տվյալներ հրատարակիչներից և պահում դրանք հարաբերական տվյալների բազայում (SQLite):

MQTT- ը M2M / Internet of Things թեթև արձանագրություն է, որը հարմար է սահմանափակ սարքերի համար, որը պահանջում է շատ ավելի քիչ ծախսեր, քան HTTP- ի վրա հիմնված հաղորդակցությունները:

Յուրաքանչյուր սենսոր պարբերաբար չափումներ է ուղարկում հեռավոր MQTT սերվեր ՝ տեղային երթուղղիչի միջոցով: Այս սերվերը, որը MQTT աշխարհում կոչվում է «միջնորդ», ստանում է բազմաթիվ սենսորների տվյալներ և վերաբաշխում բոլոր բաժանորդագրված կողմերին ՝ այդպիսով անջատելով հրատարակիչներին սպառողներից: Հեռակա սերվերը կարող է տեղակայվել կամ ծրագրի կենտրոնական հաստատությունում: Այլապես, մենք կարող ենք օգտագործել մատչելի, անվճար MQTT բրոքերներ, ինչպիսիք են test.mosquitto.org- ը:

Softwareրագրային ապահովման ցանկացած հաճախորդ կարող է բաժանորդագրվել բրոքերին և սպառել TESS սարքերի հրապարակած տեղեկատվությունը: Այս բոլոր տվյալները հավաքելու և դրանք SQLite տվյալների բազայում պահելու համար մշակվելու է հատուկ MQTT հաճախորդ:

Սարքի կազմաձևում

● Գործիքի կազմաձևումը նվազեցվելու է նվազագույնի `սպասարկումն ապահովելու համար:

● Յուրաքանչյուր սարք կարիք ունի այս կազմաձևի.

o WiFi SSID և գաղտնաբառ:

o Ֆոտոմետրերի տրամաչափման հաստատուն:

o MQTT բրոքերի IP հասցեն և նավահանգիստը:

o Գործիքի համար հարմար անուն (եզակի յուրաքանչյուր սարքի համար)

o MQTT ալիքի անունը (ինչպես նկարագրված է վերևում)

WiFi կոնֆիգուրացիա

Երբ առաջին անգամ միացված է հոսանքին, TESS-W- ը ստեղծում է WiFi մուտքի կետ: Օգտվողը լրացնում է պարամետրերը, որոնք ներառում են WiFi երթուղիչի անունը (SSID) և գաղտնաբառը, լուսաչափության զրոյական կետը և միջնորդի պահեստի ինտերնետային հասցեն և անունը: Վերականգնումից, անջատումից և ցիկլը միացնելուց հետո TESS լուսաչափը սկսում է արտադրել և ուղարկել տվյալներ:

Առաջին բեռնման ժամանակ TESS- ը սկսվում է որպես մուտքի կետ ՝ TESSconfigAP անունով: Բջջային հեռախոսը պետք է միանա այս մուտքի կետին:

Internet Ինտերնետ դիտարկիչով դիտեք հետևյալ URL- ը ՝

● Լրացրեք ձևը 2.3 -ում նշված պարամետրերով

● Վերագործարկեք սարքը, որը կկապվի տեղական երթուղիչին:

Երբ սարքը կորցնում է WiFi երթուղիչի հետ կապը, վերագործարկեք և նորից կազմաձևեք որպես մուտքի կետ, ինչը հարմար է կազմաձևը փոխելու համար:

Ծրագրային ապահովում

TESS-W Firmware- ի փաստաթղթերը կարելի է գտնել github պահոցում

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266- ի համար

Միկրոպրոցեսորների համար

Քայլ 8: Վերջնական դիտողություններ

STARS4ALL հիմնադրամը STARS4ALL նախագծի շարունակությունն է, որը պատասխանատու է TESS-W լուսաչափերի ցանցի շահագործման համար: Սա քաղաքացիական գիտական նախագիծ է, որը տալիս է տվյալներ, որոնք հետաքրքրություն են ներկայացնում լուսային աղտոտման ուսումնասիրությունների համար:

Երբ ձեր ֆոտոմետրը չափագրված և կազմաձևված կլինի, չափումները կուղարկվեն STARS4ALL ենթակառուցվածք: Այս չափումները կարելի է պատկերացնել մեր հարթակից (https://tess.stars4all.eu/plots/): Բացի այդ, ցանցում առաջացած բոլոր տվյալները կարելի է ներբեռնել մեր enենոդո համայնքից (https://zenodo.org/communities/stars4all)