TESS-W Gece Gökyüzü Parlaklık Fotometresi: 8 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

TESS-W, ışık kirliliği çalışmaları için gece gökyüzü parlaklığını ölçmek ve sürekli izlemek için tasarlanmış bir fotometredir. STARS4ALL H2020 Avrupa Projesi sırasında açık bir tasarımla (donanım ve yazılım) oluşturulmuştur. TESS-W fotometre, WIFI üzerinden veri göndermek için tasarlanmıştır. Veriler gerçek zamanlı olarak görselleştirilir ve paylaşılır (açık veri). Daha fazla bilgi için https://tess.stars4all.eu/ adresini ziyaret edin.

Bu belge, TESS-W gece gökyüzü parlaklık fotometresinin bazı teknik ayrıntılarını içerir ve nasıl oluşturulacağını açıklar. Sensörün elektronik ve optik şemalarını ve ayrıca hava koşullarına dayanıklı muhafazayı içerir.

TESS fotometresi hakkında daha fazla bilgi Zamorano ve ark. Yapay Işık At Night Meeting (ALAN2016) Cluj, Napoca, Romanya, Eylül 2016'da "STARS4ALL gece gökyüzü parlaklık fotometresi".

TESS-W bir ekip tarafından geliştirildi ve tasarım Cristóbal García'nın çalışmasına dayanıyor.

Bu, Instructables'ın ilk çalışan sürümüdür. Bizi izlemeye devam edin.

Adım 1: TESS-W'nin Açıklaması

Fotometre, özel yapım elektronik ve optik parçaları içeren hava koşullarına dayanıklı bir kutunun içine yerleştirilmiştir. TESS, ESP8266 ile özel yapılmış bir Baskı Devre Kartına (PCB) sahiptir. ESP8266, tam TCP/IP yığını ve mikro denetleyici özelliği olan düşük maliyetli bir WIFI yongasıdır. Elektronik, TSL237 ışık sensörü (gece gökyüzü parlaklık verileri için) ve ayrıca MLX90614ESF-BA Kızılötesi termometre modülü (bulut örtüsü bilgisi için) tarafından sağlanan frekansı okumak için kullanılır.

Gökyüzü parlaklık dedektörü, ışığı frekansa dönüştüren bir TSL237 fotodiyottur. SQM fotometreleri tarafından kullanılan sensörle aynıdır. Bununla birlikte, bant geçişi, SQM'nin BG38 renk filtresine göre bir dikroik filtre (grafiklerde UVIR etiketli) kullanıldığında kırmızı aralığa daha fazla genişletilir.

Gökyüzünden gelen ışık, bant geçişini seçmek için dikroik bir filtre içeren optikler ile toplanır. Filtre, toplayıcıyı (1) tamamen kaplar. Sensör (bu resimde görülmemektedir) özel yapım elektronik (2) ile birlikte bir baskılı devre kartı üzerinde yer almaktadır. WIFI aralığını genişleten kutunun içinde bir anten bulunan WIFI modülü (3). Gökyüzü sıcaklığını ölçmek için bir yakın kızılötesi sensör (4) kullanılır. Son olarak, camdaki yoğuşmayı gidermek, hatta buzu veya karı (6) eritmek için gerektiğinde ısıtıcı (5) çalıştırılır. Görüş alanı (FoV) FWHM=17 derecedir.

TESS-W'nin spektral tepkisi astronomik Johnson B, V ve R fotometrik bantları ve Madrid'in ışıkla kirlenmiş gökyüzü ve Calar Alto astronomik gözlemevi karanlık gökyüzünün spektrumları ile karşılaştırılır.

2. Adım: TESS-W Fotometre Elektroniği

Elektronik kart

TESS'in ana bileşeni özel yapılmış bir elektronik karttır (PCB, baskılı devre kartı).

PCB için gereken dosya https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip adresinden indirilebilir.

PCB, seçilen muhafaza kutusunun içine sığacak şekilde tasarlanmıştır (ileriye bakın).

Ana bileşenler

PCB'nin elektronik parçaları, ekli görselde ve sağlanan dosyada incelenebilir.

Adım 3: TESS-W Fotometre Optikleri

Tasarım ve bileşenler

Gökyüzünden gelen ışık, bant geçişini seçmek için dikroik bir filtre içeren optikler ile toplanır. Filtre toplayıcıyı tamamen kaplar. Fotometre muhafazası, gökyüzü ışığının fotometreye girmesine izin veren şeffaf bir pencereye sahiptir. İçi şeffaf cam ile korunmaktadır.

Optik tasarım ilk şekilde gösterilmiştir. Işık şeffaf filtre penceresinden (1) geçer ve muhafaza kapağının (2) bir deliğinden (3) girer. Şeffaf pencere muhafaza kapağına yapıştırılmıştır. Dikroik filtre (4), ışık toplayıcının (5) üstünde yer almaktadır. Dedektör (6) kollektör çıkışına yerleştirilmiştir.

temiz pencere

İlk bileşen, ışığın bileşenlerin geri kalanına geçmesine izin veren ve fotometreyi kapatan şeffaf bir penceredir. Bu camdan yapılmış bir penceredir (BAK7) çünkü hava koşullarına dayanıklı olmalıdır. Pencerenin kalınlığı 2 mm ve çapı 50 mm'dir. İletim eğrisi, LICA-UCM optik tezgahında ölçülmüştür. 350nm -1050nm dalga boyu aralığında neredeyse ~%90 sabittir, bu, şeffaf pencerenin ışığın renginde değişiklik oluşturmadığı anlamına gelir.

dikroik filtre

Dikroik filtre, ışık toplayıcıyı tamamen kaplayacak şekilde 20 mm çapında yuvarlak bir filtredir. Bu, dedektöre filtrelenmemiş ışığın ulaşmamasını sağlar. Bu önemlidir çünkü TSL237 dedektörü kızılötesinde (IR) duyarlıdır. UVIR filtresi 400 ila 750 nm arasında iletim yapacak şekilde tasarlanmıştır, yani dedektörün ultraviyole yanıtını 400 nm'nin altında ve IR yanıtını 750 nm'nin üzerinde keser. İletim eğrisi, LICA-UCM optik tezgahında ölçüldüğü gibi neredeyse %100'e ulaşan neredeyse düz yanıtlı bir uzun geçiş ve kısa geçiş filtresi kombinasyonuna benzer (açıklamadaki grafiklere bakın)

ışık toplayıcı

TESS, gökyüzünden gelen ışığı toplamak için bir ışık toplayıcı kullanır. Bu toplayıcı çok ucuzdur çünkü enjeksiyon kalıplama kullanılarak plastikten yapılmıştır. Bu lensler, ışığı el fenerlerinde ışınlamak için kullanılır. İç kısım şeffaf bir paraboloid reflektördür. Siyah tutucu, başıboş ışığın dedektöre ulaşmasını engeller.

Nominal 60 derecelik FoV'ye sahip siyah ışık toplayıcıları kullanıyoruz. TESS'de kullanıldığında, dedektörün kollektörün dışındaki konumu nedeniyle FoV azalır. Son ölçülen FoV (muhafaza kapağından olası vinyet etkisi dahil) optik çalışma tezgahında ölçülmüştür. Açısal tepki, yarı maksimumda (FWHM) 17 derece tam genişlikte bir Gauss fonksiyonuna benzer.

Kutu

TESS fotometrenin elektroniği ve optiği, dış mekanda kullanıma uygun ve hava koşullarına karşı dayanıklı, ticari bir plastik kutuya dayalı basit bir muhafaza ile korunmaktadır.

Kutu küçüktür (dış: 58 x 83 x 34 mm; iç: 52 x 77 x 20 mm). Kutunun içine erişmek için bir vida kapağı vardır. Sızdırmaz yapı, hem su hem de toz girişine karşı yeterli düzeyde koruma sağlar. Vidaların paslanmaması için orijinal vidalar paslanmaz çelik vidalarla değiştirilmiştir.

Adım 4: TESS-W Muhafazası

Kutu

TESS fotometrenin elektroniği ve optiği, dış mekanda kullanıma uygun ve hava koşullarına karşı dayanıklı, ticari bir plastik kutuya dayalı basit bir muhafaza ile korunmaktadır.

Kutu küçüktür (dış: 58 x 83 x 34 mm; iç: 52 x 77 x 20 mm). Kutunun içine erişmek için bir vida kapağı vardır. Sızdırmaz yapı, hem su hem de toz girişine karşı yeterli düzeyde koruma sağlar. Vidaların paslanmaması için orijinal vidalar paslanmaz çelik vidalarla değiştirilmiştir.

Kutu işleme

Kutu üzerinde bazı basit işlemeler yapmak gereklidir. Işığın ışık toplayıcıya ulaşmasını sağlayan pencerenin çapı 20 mm'dir. Hava koşullarına dayanıklı silikonla yapıştırılması gereken şeffaf bir pencere ile kaplıdır. Küçük delik IR termometre portudur ve 8,5 mm çapındadır. Kutunun diğer tarafında kablo rakoru için 12 mm'lik bir delik gereklidir. Isıtıcıyı kutu kapağına sabitlemek için 2,5 mm'lik iki delik kullanılır.

Adım 5: TESS-W Fotometrenin Montajı

1. Hazırlık

1. Kutunun içini siyaha boyayın.

Kutu işleme

2. Sondaj:

● Pencere için 1x 20 mm.● Kablo rakoru için 1x 12 mm.● Termopil için 1x 8,5 mm.● Isıtıcı için 2x 2,5 mm.● Kutunun yanında 2x 1 mm.

3. Isıtıcı rezistansı için alüminyum difüzör plakasını (1 mm kalınlıkta) delin, 4. Direnci ve plakayı kapağa vidalayın.5. PCB.6 için 8 mm ara parçalarını yapıştırın. Şeffaf pencereyi yapıştırın (rezistans ısıtıcısı yerine vidalanmalıdır)

Termopil

7. Voltaj regülatörünü çıkarın ve her iki terminali bir köprü lehimleyerek bağlayın. 60 mm uzunluğunda tek başlı 4 pimli bir kabloyu kart konektörüne lehimleyin.9. Termopili kapağa yapıştırın.

Anten

10. Anteni kutuya sabitlemek için bir delik açın.11. Antenin köşelerini kesin.12. Wifi modülünün seramik antenini ve ayrıca anten konektörünü ve kırmızı LED'i çıkarın.

2. Montaj

Lütfen bu sıralı sırayı takip edin:

1. Anteni bir vida kullanarak kutuya sabitleyin.2. Kablo rakorunu ve güç kablosunu yerleştirin.3. Kollektörü (siyah silindir) PCB'ye (iki vida) sabitleyin.4. PCB'yi kutuya sabitleyin (iki vida).5. Güç kablosunu yeşil kart konektörüne vidalayın. (Kırmızı kablo artıya).6. Anten kablosunu wifi modülüne lehimleyin.7. Direnç ısıtıcısına lehim, tek kafalı 2 pimli telden karta 55 mm.8 bağlantı kablosu. Termopili ve direnci bağlayın (PCB'yi kırmamaya dikkat edin).

Rezistans ısıtıcı görevi görür ve kapağa alüminyum levha ile bağlanmıştır. Resimler sonraki işlemleri açıklar: Anten kutuya vidalanmalı, termopilin regülatörü bir köprü ile değiştirilmeli ve PCB için iki ara parça (siyah) kutuya yapıştırılmalıdır. Kutunun içi siyaha boyanmıştır.

Şekillerden biri, seramik bir antene ve ekstra bir anten bağlamak için bir sokete sahip orijinal WIFI modülünü göstermektedir (üstte). Kablosu wifi modülüne (altta) lehimlenmiş bir anten kullanıyoruz. Kablonun yanındaki seramik antenin, soketin ve kırmızı LED'in çıkarıldığını unutmayın.

Adım 6: TESS-W Fotometrik Kalibrasyon

Fotometreler, farklı cihazlardan alınan ölçümlerin tutarlı olmasını sağlamak için kalibre edilmelidir. TESS-W, Universidad Complutense de Madrid'deki Laboratorio de Investigación Científica Avanzada'da (LICA) bir ana fotometreye göre çapraz kalibre edilmiştir.

Kurulum, içi bir ışık kaynağı ile aydınlatılabilen ve fotometreleri bağlamak için birkaç optik bağlantı noktasına sahip entegre bir küredir. Kullanılan ışık kaynağı, 14 nm FWHM ile 596 nm'lik bir LED'dir.

TESS-W fotometrenizi kalibre etmek isterseniz LICA-UCM ile iletişime geçebilirsiniz.

Adım 7: TESS-W Yazılımı

WIFI modülü yazılımı

İletişim ve yazılım

Komple sistem, bir sensör ağı ve kalibre edilmiş sensörlere ayrılmış bilgi üreticileri ve tüketiciler arasında aracılık eden bir yazılım komisyoncusu içerir. Fotometrenizi kalibre ettikten sonra (bkz. Adım 6), STARS4ALL aracıda yayınlamak için size kimlik bilgilerini sağlayacaktır.

Bir SQLite veritabanında veri depolamak için Python'da örnek bir tüketici geliştirilmiştir. Bu tüketici, bir veya daha fazla PC veya sunucuya kurulabilir. Yazılımın ana özellikleri aşağıda listelenmiştir:

● C'de geliştirilen TESS için özel yazılım.

● Arduino IDE ve ESP8266 kitaplıklarında geliştirilen MQTT yayıncı yazılımı.

● MQTT Broker, kurum içi dağıtımda veya uygun bir üçüncü şahısta (yani test mosquitto.org)

● Yayıncılardan veri alan ve bunları ilişkisel bir veritabanında (SQLite) saklayan MQTT abone yazılımı.

MQTT, HTTP tabanlı iletişimden çok daha az ek yük gerektiren kısıtlı cihazlar için uygun bir M2M / Nesnelerin İnterneti hafif protokolüdür.

Her sensör, yerel bir yönlendirici aracılığıyla uzak bir MQTT sunucusuna periyodik olarak ölçümler gönderir. MQTT dünyasında “broker” olarak adlandırılan bu sunucu, birçok sensörden veri alır ve abone olan tüm taraflara yeniden dağıtır, böylece yayıncıları tüketicilerden ayırır. Uzak sunucu, proje için şirket içinde merkezi bir tesiste konuşlandırılabilir. Alternatif olarak, test.mosquitto.org gibi mevcut ücretsiz MQTT brokerlerini kullanabiliriz.

Herhangi bir yazılım istemcisi aracıya abone olabilir ve TESS cihazları tarafından yayınlanan bilgileri kullanabilir. Tüm bu verileri toplamak ve bir SQLite veritabanında saklamak için özel bir MQTT istemcisi geliştirilecektir.

Cihaz konfigürasyonu

● Bakıma yardımcı olmak için cihaz konfigürasyonu en aza indirilecektir.

● Her aygıtın şu yapılandırmaya ihtiyacı vardır:

o WiFi SSID ve şifre.

o Fotometre kalibrasyon sabiti.

o MQTT Broker IP adresi ve bağlantı noktası.

o Enstrüman dostu ad (cihaz başına benzersiz)

o MQTT kanal adı (yukarıda açıklandığı gibi)

WiFi yapılandırması

Güce ilk bağlandığında, TESS-W bir WiFi erişim noktası oluşturur. Kullanıcı, WiFi yönlendiricinin adını (SSID) ve parolasını, fotometrinin sıfır noktasını ve aracı deposunun İnternet adresini ve adını içeren ayarları doldurur. Sıfırlama ve kapatma ve açma döngüsünden sonra TESS fotometre veri üretmeye ve göndermeye başlar.

İlk önyüklemede, TESS, TESSconfigAP adıyla bir erişim noktası olarak başlar. Bu erişim noktasına bir cep telefonu bağlanmalıdır.

● Bir İnternet tarayıcısıyla şu URL'ye göz atın:

● Formu 2.3'te listelenen parametrelerle doldurun

● Yerel yönlendiriciye bağlanacak olan cihazı yeniden başlatın.

Cihaz WiFi yönlendirici ile bağlantıyı kaybettiğinde, yeniden başlatın ve yapılandırmayı değiştirmek için uygun olan bir erişim noktası olarak kendini yeniden yapılandırır.

Yazılım

TESS-W Bellenimi bir dokümantasyon github deposunda bulunabilir.

github.com/cristogg/TESS-W

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

Mikroişlemci içinhttps://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/tess-u/tess-u.hex

8. Adım: Son Açıklamalar

STARS4ALL Vakfı, TESS-W fotometre ağının işletilmesinden sorumlu olan STARS4ALL projesinin devamıdır. Bu, ışık kirliliği çalışmaları için ilgi çekici veriler üreten bir vatandaş bilim projesidir.

Fotometreniz kalibre edildikten ve yapılandırıldıktan sonra ölçümleri STARS4ALL altyapısına göndermeye başlayacaktır. Bu ölçümler platformumuzdan görselleştirilebilir (https://tess.stars4all.eu/plots/). Ayrıca, ağda oluşturulan tüm veriler Zenodo topluluğumuzdan indirilebilir (https://zenodo.org/communities/stars4all)