فهرست مطالب:

فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W: 8 مرحله (همراه با تصاویر)
فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

تصویری: فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W: 8 مرحله (همراه با تصاویر)

تصویری: فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W: 8 مرحله (همراه با تصاویر)
تصویری: سخنرانی دکتر حمید ابراهیمی 2024, نوامبر
Anonim
فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W
فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W
فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W
فتومتر روشنایی آسمان شب TESS-W
فتومتر روشنایی TESS-W آسمان شب
فتومتر روشنایی TESS-W آسمان شب

TESS-W یک نورسنج است که برای اندازه گیری و نظارت مداوم روشنایی آسمان شب برای مطالعات آلودگی لیگامان طراحی شده است. این پروژه در طول پروژه اروپایی STARS4ALL H2020 با طراحی باز (سخت افزار و نرم افزار) ایجاد شد. دستگاه فشارسنج TESS-W برای ارسال داده از طریق WIFI طراحی شده است. داده ها در زمان واقعی تجسم می شوند و به اشتراک گذاشته می شوند (داده های باز). برای اطلاعات بیشتر https://tess.stars4all.eu/ را مرور کنید.

این سند شامل برخی از جزئیات فنی نورسنج روشنایی آسمان شب TESS-W است و نحوه ساخت آن را شرح می دهد. این شامل شماتیک الکترونیکی و نوری سنسور و همچنین محفظه ضد آب و هوا است.

اطلاعات بیشتر در مورد فوتومتر TESS در Zamorano و همکاران ارائه شد. "نورسنج روشنایی آسمان شب STARS4ALL" در جلسه نور مصنوعی در شب (ALAN2016) کلوخ ، ناپوکا ، رومانی ، سپتامبر 2016.

TESS-W توسط یک تیم توسعه یافته است و طراحی بر اساس کار کریستوبال گارسیا است.

این اولین نسخه قابل کار Instructables است. با ما همراه باشید.

مرحله 1: شرح TESS-W

شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W
شرح TESS-W

نورسنج در جعبه ای مقاوم در برابر آب و هوا قرار دارد که شامل قطعات الکترونیکی سفارشی و قطعات نوری است. TESS دارای برد مدار چاپی (PCB) سفارشی با ESP8266 است. ESP8266 یک تراشه WIFI ارزان قیمت با پشته کامل TCP/IP و قابلیت میکروکنترلر است. دستگاه الکترونیکی برای خواندن فرکانس ارائه شده توسط سنسور نور TSL237 (برای داده های روشنایی آسمان شب) و همچنین ماژول دماسنج مادون قرمز MLX90614ESF-BA (برای اطلاعات پوشش ابر) استفاده می شود.

آشکارساز روشنایی آسمان یک دیود نوری TSL237 است که نور را به فرکانس تبدیل می کند. این همان سنسوری است که توسط دستگاه های فوتومتر SQM استفاده می شود. با این حال ، با استفاده از فیلتر دو رنگ (با برچسب UVIR در قطعه ها) با توجه به فیلتر رنگی BG38 SQM ، محدوده باند بیشتر به محدوده قرمز گسترش می یابد.

نور از آسمان با نوری که شامل یک فیلتر دوگانه برای انتخاب نوار باند است ، جمع آوری می شود. فیلتر کلکتور را کاملاً می پوشاند (1). سنسور (در این تصویر دیده نمی شود) بر روی یک برد مدار چاپی به همراه قطعات الکترونیکی سفارشی (2) قرار دارد. ماژول WIFI (3) با آنتن داخل جعبه که محدوده WIFI را گسترش می دهد. سنسور مادون قرمز نزدیک (4) برای اندازه گیری دمای آسمان استفاده می شود. در نهایت ، بخاری (5) در صورت لزوم روشن می شود تا از تراکم روی پنجره خلاص شود یا حتی یخ یا برف ذوب شود (6). میدان دید (FoV) FWHM = 17 درجه است.

پاسخ طیفی TESS-W با نوارهای نوری ستاره شناسی جانسون B ، V و R و طیف های آسمان آلوده به نور مادرید و آسمان تاریک رصدخانه نجومی کلار آلتو مقایسه می شود.

مرحله 2: TESS-W Photometer Electronics

وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer
وسایل الکترونیکی TESS-W Photometer

برد الکترونیکی

جزء اصلی TESS یک برد الکترونیکی سفارشی (PCB ، برد مدار چاپی) است.

فایل مورد نیاز برای PCB را می توان از https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip بارگیری کرد.

PCB طوری طراحی شده است که داخل جعبه محفظه انتخاب شده قرار گیرد (بعداً ببینید).

اجزای اصلی

قطعات الکترونیکی PCB ها را می توان روی تصویر همراه و در فایل ارائه شده مرور کرد.

مرحله 3: اپتیک فتومتر TESS-W

TESS-W Photometer Optics
TESS-W Photometer Optics
TESS-W Photometer Optics
TESS-W Photometer Optics
TESS-W Photometer Optics
TESS-W Photometer Optics

طراحی و اجزای سازنده

نور از آسمان با نوری که شامل یک فیلتر دوگانه برای انتخاب نوار باند است ، جمع آوری می شود. فیلتر کلکتور را کاملاً می پوشاند. محفظه فوتومتر دارای یک پنجره شفاف است که اجازه می دهد نور آسمان وارد فوتومتر شود. داخل آن با یک پنجره شفاف شیشه ای محافظت می شود.

طرح نوری در شکل اول نشان داده شده است. نور از پنجره فیلتر شفاف (1) عبور کرده و از سوراخ (3) پوشش محفظه (2) وارد می شود. پنجره شفاف به پوشش محفظه چسبانده شده است. فیلتر دو رنگ (4) در بالای جمع کننده نور (5) قرار دارد. آشکارساز (6) در خروجی کلکتور قرار داده شده است.

پنجره شفاف

اولین جزء یک پنجره شفاف است که اجازه می دهد نور به بقیه اجزاء منتقل شود و فتومتر را مهر و موم می کند. این پنجره ساخته شده از شیشه (BAK7) است زیرا باید در برابر آب و هوا مقاومت کند. ضخامت پنجره 2 میلی متر و قطر 50 میلی متر است. منحنی انتقال در میز کار نوری LICA-UCM اندازه گیری شده است. تقریباً 90 ~ در محدوده طول موج 350 نانومتر -1050 نانومتر ثابت است ، این بدان معناست که پنجره واضح تغییری در رنگ نور ایجاد نمی کند.

فیلتر دو رنگ

فیلتر dichroic یک فیلتر گرد با قطر 20 میلی متر است تا کلکتور نور را کاملاً بپوشاند. این اطمینان می دهد که هیچ نور فیلتر نشده ای به آشکارساز نمی رسد. این مهم است زیرا آشکارساز TSL237 در مادون قرمز (IR) معقول است. فیلتر UVIR برای انتقال از 400 تا 750 نانومتر طراحی شده است ، یعنی پاسخ ماوراء بنفش آشکارساز را به زیر 400 نانومتر و پاسخ IR را بیش از 750 نانومتر کاهش می دهد. منحنی انتقال شبیه به ترکیبی از یک گذر طولانی و یک فیلتر گذر کوتاه با پاسخ تقریباً مسطح است که تقریباً 100٪ اندازه گیری شده در میز کار نوری LICA-UCM اندازه گیری شده است (نمودارها را در توضیحات ببینید)

جمع کننده نور

به منظور جمع آوری نور از آسمان ، TESS از یک جمع کننده نور استفاده می کند. این کلکتور بسیار ارزان است زیرا از پلاستیک با استفاده از قالب تزریق ساخته شده است. از این لنزها برای تاباندن نور در چراغ قوه استفاده می شود. قسمت داخلی یک بازتابنده پارابلوئید شفاف است. نگهدارنده سیاه مانع از رسیدن نور سرگردان به آشکارساز می شود.

ما از جمع کننده های نور سیاه با درجه حرارت FoV 60 استفاده می کنیم. هنگام استفاده در TESS ، FoV به دلیل موقعیت آشکارساز در خارج از جمع کننده کاهش می یابد. FoV نهایی اندازه گیری شده (شامل احتراق احتمالی از پوشش محفظه) در میز کار نوری اندازه گیری شده است. پاسخ زاویه ای شبیه به یک عملکرد گوسی با 17 درجه عرض کامل در نصف حداکثر (FWHM) است.

جعبه

وسایل الکترونیکی و نوری فوتومتر TESS توسط یک محفظه ساده بر اساس یک جعبه پلاستیکی تجاری محافظت می شود که مناسب فضای باز و مقاومت در برابر آب و هوا است.

جعبه کوچک است (خارج: 58 83 83 34 34 میلی متر ؛ داخل: 52 77 77 20 20 میلی متر). جعبه دارای یک پیچ پیچ برای دسترسی به داخل است. ساختار مهر و موم شده سطح حفاظتی کافی را در برابر ورود آب و گرد و غبار فراهم می کند. برای جلوگیری از زنگ زدگی پیچ ها ، پیچ های اصلی توسط پیچ های فولادی ضد زنگ تغییر کرده اند.

مرحله 4: محفظه TESS-W

محفظه TESS-W
محفظه TESS-W
محفظه TESS-W
محفظه TESS-W
محفظه TESS-W
محفظه TESS-W

جعبه

وسایل الکترونیکی و نوری فوتومتر TESS توسط یک محفظه ساده بر اساس یک جعبه پلاستیکی تجاری محافظت می شود که مناسب فضای باز و مقاومت در برابر آب و هوا است.

جعبه کوچک است (خارج: 58 83 83 34 34 میلی متر ؛ داخل: 52 77 77 20 20 میلی متر). جعبه دارای یک پیچ پیچ برای دسترسی به داخل است. ساختار مهر و موم شده سطح حفاظتی کافی را در برابر ورود آب و گرد و غبار فراهم می کند. برای جلوگیری از زنگ زدگی پیچ ها ، پیچ های اصلی توسط پیچ های فولادی ضد زنگ تغییر کرده اند.

ماشینکاری جعبه

لازم است چند ماشینکاری ساده روی جعبه انجام شود. عرض پنجره ای که اجازه می دهد نور به جمع کننده نور برسد دارای قطر 20 میلی متر است. روی آن با یک پنجره شفاف پوشانده شده است که باید با سیلیکون مقاوم در برابر آب و هوا چسبانده شود. سوراخ کوچک ، پورت دماسنج IR است و قطر آن 8.5 میلی متر است. در طرف دیگر جعبه ، یک سوراخ 12 میلی متری برای غلاف کابل لازم است. دو سوراخ 2.5 میلی متری برای محکم کردن بخاری بر روی جعبه استفاده می شود.

مرحله 5: نصب دستگاه سنج سنج TESS-W

نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W
نصب دستگاه فتومتر TESS-W

1. آماده سازی

1. جعبه داخل را با رنگ مشکی رنگ کنید.

ماشینکاری جعبه

2. حفاری:

x 1x 20 میلی متر برای پنجره. ● 1x 12 میلی متر برای غلاف کابل. ● 1x 8.5 میلی متر برای ترموپایل. ● 2x 2.5 میلی متر برای بخاری. ● 2x 1 میلی متر در کنار جعبه.

3. صفحه پخش کننده آلومینیوم (ضخامت 1 میلی متر) را برای مقاومت بخاری مته کنید ، 4. مقاومت و صفحه را به پوشش پیچ کنید. جدا کننده های 8 میلی متری را برای PCB.6 بچسبانید. پنجره شفاف را بچسبانید (بخاری مقاومتی باید در جای خود پیچ شود)

ترموپایل

7. تنظیم کننده ولتاژ را برداشته و هر دو ترمینال را با لحیم کاری پل وصل کنید. یک سیم 4 سر تک سر به طول 60 میلی متر به هیئت مدیره لحیم کنید. 9. ترموپایل را به روکش بچسبانید.

آنتن

10. یک سوراخ برای محکم کردن آنتن روی جعبه ایجاد کنید. گوشه های آنتن را کوتاه کنید. آنتن سرامیکی ماژول wifi و همچنین اتصال دهنده آنتن و LED قرمز را بردارید.

2. نصب

لطفاً این ترتیب مرتب شده را دنبال کنید:

1. آنتن را با استفاده از پیچ به جعبه محکم کنید. غده کابل و سیم برق را قرار دهید. کلکتور (استوانه مشکی) را روی PCB (دو پیچ) محکم کنید.4. PCB را به جعبه محکم کنید (دو پیچ).5. سیم برق را به کانکتور صفحه سبز وصل کنید. (سیم قرمز به مثبت).6. 7. کابل آنتن را به ماژول wifi لحیم کنید. لحیم به بخاری مقاومتی یک سیم دو سر تک سر به کابل اتصال 55 میلی متر. ترموپایل و مقاومت را به هم وصل کنید (مراقب باشید PCB نشکند).

مقاومت به عنوان بخاری عمل می کند و با یک صفحه آلومینیومی به پوشش متصل می شود. تصاویر مراحل بعدی را توضیح می دهند: آنتن باید روی جعبه پیچ شود ، تنظیم کننده ترموپایل با یک پل جایگزین شده است و دو فاصله دهنده (به رنگ مشکی) برای PCB باید روی جعبه چسبانده شوند. داخل جعبه به رنگ مشکی رنگ آمیزی شده است.

یکی از شکل ها ماژول WIFI اصلی را نشان می دهد که دارای آنتن سرامیکی و سوکت برای اتصال آنتن اضافی (بالا) است. ما از یک آنتن استفاده می کنیم که کابل آن به ماژول wifi (پایین) لحیم شده است. توجه داشته باشید که آنتن سرامیکی ، سوکت و LED قرمز نزدیک کابل برداشته شده است.

مرحله 6: کالیبراسیون نورسنجی TESS-W

کالیبراسیون نورسنجی TESS-W
کالیبراسیون نورسنجی TESS-W
کالیبراسیون نورسنجی TESS-W
کالیبراسیون نورسنجی TESS-W
کالیبراسیون نورسنجی TESS-W
کالیبراسیون نورسنجی TESS-W

نورسنج ها باید کالیبره شوند تا اطمینان حاصل شود که اندازه گیری ها از دستگاه های مختلف یکسان است. TESS-W نسبت به یک دستگاه فتومتر اصلی در Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) Universidad Complutense de Madrid کالیبره شده است.

راه اندازی یک کره یکپارچه است که فضای داخلی آن می تواند توسط منبع نوری روشن شود و دارای چندین پورت نوری برای اتصال فتومترها باشد. منبع نور مورد استفاده LED 596 نانومتر با 14 نانومتر FWHM است.

در صورت تمایل به کالیبره کردن نورسنج TESS-W خود ، می توانید با LICA-UCM تماس بگیرید.

مرحله 7: نرم افزار TESS-W

نرم افزار TESS-W
نرم افزار TESS-W
نرم افزار TESS-W
نرم افزار TESS-W
نرم افزار TESS-W
نرم افزار TESS-W

نرم افزار ماژول WIFI

ارتباطات و نرم افزار

این سیستم کامل شامل یک شبکه حسگر و یک کارگزار نرم افزاری است که بین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان اطلاعات واسطه می شود و به سنسورهای کالیبره شده اختصاص داده می شود. پس از کالیبره کردن نورسنج خود (مرحله 6 را ببینید) ، STARS4ALL اعتبارنامه هایی را برای انتشار در کارگزار در اختیار شما قرار می دهد.

نمونه ای از مصرف کنندگان در پایتون برای ذخیره داده ها در پایگاه داده SQLite توسعه داده شده است. این مصرف کننده را می توان در یک یا چند رایانه شخصی یا سرور نصب کرد. مشخصات اصلی نرم افزار در زیر ذکر شده است:

software نرم افزار سفارشی برای TESS توسعه یافته در C.

software نرم افزار ناشر MQTT در کتابخانه های Arduino IDE و ESP8266 توسعه یافته است.

ker کارگزار MQTT یا در محل استقرار داخلی یا شخص ثالث موجود (یعنی آزمایش mosquitto.org)

software نرم افزار مشترک MQTT دریافت داده ها از ناشران و ذخیره آنها در پایگاه داده رابطه ای (SQLite).

MQTT یک پروتکل سبک M2M / اینترنت اشیا است که برای دستگاه های محدود مناسب است و نسبت به ارتباطات مبتنی بر HTTP سربار بسیار کمتری نیاز دارد.

هر سنسور اندازه گیری های دوره ای را از طریق روتر محلی به سرور MQTT از راه دور ارسال می کند. این سرور - که در دنیای MQTT "کارگزار" نامیده می شود - داده ها را از بسیاری از حسگرها دریافت می کند و در همه طرف های مشترک توزیع می کند ، بنابراین ناشران را از مصرف کنندگان جدا می کند. سرور از راه دور را می توان به صورت داخلی در یک مرکز مرکزی پروژه مستقر کرد. متناوبا ، می توانیم از کارگزاران MQTT رایگان و موجود مانند test.mosquitto.org استفاده کنیم.

هر مشتری نرم افزاری می تواند برای کارگزار مشترک شود و اطلاعات منتشر شده توسط دستگاه های TESS را مصرف کند. یک سرویس گیرنده MQTT ویژه برای جمع آوری تمام این داده ها و ذخیره آنها در پایگاه داده SQLite توسعه داده می شود.

پیکربندی دستگاه

conf پیکربندی ابزار به حداقل می رسد تا به تعمیر و نگهداری کمک کند.

● هر دستگاه به این پیکربندی نیاز دارد:

o WiFi SSID و رمز عبور.

o ثابت کالیبراسیون فتومتر.

o آدرس IP و پورت کارگزار MQTT.

o نام سازگار با ابزار (منحصر به فرد در هر دستگاه)

o نام کانال MQTT (همانطور که در بالا توضیح داده شد)

پیکربندی WiFi

وقتی TESS-W برای اولین بار به برق متصل می شود ، یک نقطه دسترسی WiFi ایجاد می کند. کاربر تنظیمات شامل نام (SSID) و رمز عبور روتر WiFi ، نقطه صفر فوتومتری و آدرس اینترنت و نام مخزن کارگزار را پر می کند. پس از تنظیم مجدد و خاموش و روشن شدن چرخه ، دستگاه فشارسنج TESS شروع به تولید و ارسال داده می کند.

در اولین بوت ، TESS به عنوان یک نقطه دسترسی با نام TESSconfigAP شروع می شود. یک تلفن همراه باید به این نقطه دسترسی متصل شود.

URL آدرس زیر را با مرورگر اینترنت مرور کنید:

the فرم را با پارامترهای ذکر شده در 2.3 پر کنید

● دستگاه را راه اندازی مجدد کنید ، که به روتر محلی متصل می شود.

هنگامی که دستگاه پیوند را با روتر WiFi از دست می دهد ، راه اندازی مجدد شده و مجدداً به عنوان یک نقطه دسترسی پیکربندی می شود ، که برای تغییر تنظیمات مناسب است.

نرم افزار

سیستم عامل TESS-W را می توانید در مخزن github پیدا کنید

github.com/cristogg/TESS-W

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

برای ریزپردازنده

مرحله 8: نکات پایانی

نکات پایانی
نکات پایانی
نکات پایانی
نکات پایانی

بنیاد STARS4ALL ادامه پروژه STARS4ALL است که وظیفه عملیات شبکه نورسنج های TESS-W را بر عهده دارد. این یک پروژه علمی شهروندی است که داده های مورد علاقه برای مطالعات آلودگی نوری را تولید می کند.

هنگامی که نورسنج شما کالیبره و پیکربندی می شود ، شروع به ارسال اندازه گیری ها به زیرساخت STARS4ALL می کند. این اندازه گیری ها را می توان از بستر ما (https://tess.stars4all.eu/plots/) تجسم کرد. به علاوه ، تمام داده های ایجاد شده در شبکه را می توان از جامعه Zenodo ما بارگیری کرد (https://zenodo.org/communities/stars4all)

توصیه شده: