TESS-W Түнкү Асман Жарыктыгы Фотометр: 8 Кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:41

TESS-W-жарыктын булгануусун изилдөө үчүн түнкү асмандын жарыктыгын өлчөө жана үзгүлтүксүз көзөмөлдөө үчүн арналган фотометр. Бул STARS4ALL H2020 европалык долбоорунун учурунда ачык дизайны (аппараттык жана программалык камсыздоо) менен түзүлгөн. TESS-W фотометр WIFI аркылуу маалыматтарды жөнөтүү үчүн иштелип чыккан. Берилиштер реалдуу убакытта элестетилет жана бөлүшүлөт (ачык маалыматтар). Көбүрөөк маалымат алуу үчүн https://tess.stars4all.eu/ баракчасын караңыз.

Бул документ TESS-W түнкү асман жарыктыгынын фотометринин кээ бир техникалык маалыматтарын камтыйт жана аны кантип куруу керектигин сүрөттөйт. Бул сенсордун электрондук жана оптикалык схемаларын, ошондой эле аба ырайы коргоосун камтыйт.

TESS фотометр жөнүндө көбүрөөк маалымат Zamorano et al. "STARS4ALL түнкү асман жарыктыгынын фотометр" түнкү жасалма жарыкта (ALAN2016) Клуж, Напока, Румыния, сентябрь 2016.

TESS-W командасы тарабынан иштелип чыккан жана дизайны Кристобал Гарсиянын эмгегине негизделген.

Бул Instructables'тин биринчи жумушчу версиясы. Күтө бериңиз.

1-кадам: TESS-Wдин сүрөттөлүшү

Фотометр атайын жасалган электрониканы жана оптикалык бөлүктөрдү камтыган аба ырайына каршы коробкага камтылган. TESS ESP8266 менен атайын жасалган Басма схемасы (PCB) бар. ESP8266-бул толук TCP/IP стеги жана микроконтроллер мүмкүнчүлүгү бар арзан WIFI чипи. Электрондук TSL237 жарык сенсорунун (түнкү жарыктын маалыматы үчүн) жыштыгын жана MLX90614ESF-BA инфракызыл термометр модулун (булут капкагы боюнча маалымат үчүн) окуу үчүн колдонулат.

Асман жарыктыгынын детектору - бул жарыкты жыштыкка айландыруучу TSL237 фотодиоду. Бул SQM фотометрлери колдонгон сенсор. Бирок, SQMдин BG38 түстүү чыпкасына карата диапрофикалык чыпканы (участоктордо UVIR деп белгиленген) колдонуу менен өткөрмө кызыл диапазонго чейин узартылган.

Асмандан түшкөн жарык диапазондук чыпканы камтыган оптика менен чогулат. Чыпка коллекторду (1) толук камтыйт. Сенсор (бул сүрөттө көрүнбөйт) атайын жасалган электроника менен бирге басылган схемада жайгашкан (2). WIFI модулу (3) WIFI диапазонун кеңейтүүчү кутунун ичинде антеннасы бар. Жакынкы инфракызыл сенсор (4) асмандын температурасын өлчөө үчүн колдонулат. Акырында, жылыткыч (5) терезедеги конденсациядан арылуу үчүн же музду же карды эритиш үчүн керек болгондо күйгүзүлөт (6). Көрүү талаасы (FoV) FWHM = 17 градус.

TESS-W спектралдык реакциясы астрономиялык Джонсон В, V жана Р фотометрикалык диапазондору жана Мадриддин жарык булганган асманынын спектрлери менен Калар Альто астрономиялык обсерваториясынын караңгы асманы менен салыштырылат.

2-кадам: TESS-W Photometer Electronics

Электрондук такта

TESSтин негизги компоненти - буюртма менен жасалган электрондук такта (ПХБ, басма схемасы).

PCB үчүн керектүү файлды https://github.com/cristogg/TESS-W/blob/master/docs/TessWifi-PCB-files.zip сайтынан жүктөп алса болот

ПХБ тандалган корпустун ичине ылайыкташтырылган (кийинчерээк караңыз).

Негизги компоненттер

ПХБнын электрондук бөлүктөрүн сүрөттүн коштоосунда жана берилген файлда караса болот.

3-кадам: TESS-W фотометрдин оптикасы

Дизайн жана компоненттери

Асмандан келген жарык диапазондогу чыпканы камтыган оптика менен чогулат. Чыпка коллекторду толук камтыйт. Фотометрдин корпусунда ачык терезе бар, ал асмандагы жарыкты фотометрге киргизет. Ичи айнек тунук терезе менен корголгон.

Оптикалык дизайн биринчи сүрөттө көрсөтүлгөн. Жарык ачык фильтр терезесинен (1) өтүп, корпустун капкагынын (2) тешигинен (3) кирет. Таза терезе корпустун капкагына жабыштырылган. Дихроикалык чыпка (4) жарык коллекторунун (5) үстүндө жайгашкан. Детектор (6) коллектордун чыгышына коюлган.

Таза терезе

Биринчи компонент - бул тунук терезе, ал жарыктын калган компоненттерге өтүүсүнө мүмкүндүк берет жана фотометрди мөөрлөйт. Бул айнектен жасалган терезе (BAK7), анткени ал аба ырайына туруштук бериши керек. Терезенин калыңдыгы 2 мм, диаметри 50 мм. Берүүнүн ийри сызыгы LICA-UCM оптикалык столунда өлчөнгөн. Толкун узундугу 350nm -1050nm диапазонунда ~ 90% дээрлик туруктуу, бул ачык терезе жарыктын түсүнүн өзгөрүшүнө алып келбейт дегенди билдирет.

Дихроикалык чыпка

Дихроикалык чыпка - бул жарык коллекторун толугу менен жабуу үчүн диаметри 20 мм болгон тегеректелген чыпка. Бул детекторго чыпкаланбаган жарык келбейт деп ишендирет. Бул өтө маанилүү, анткени TSL237 детектору инфракызылда (IR) акылдуу. UVIR чыпкасы 400дөн 750 нмге чейин берүү үчүн иштелип чыккан, башкача айтканда детектордун ультрафиолет реакциясын 400 нмден төмөн жана IR реакциясын 750 нмден ашырып кесип салат. Өткөрүүнүн ийри сызыгы LICA-UCM оптикалык столунда өлчөнгөн дээрлик жалпак реакциясы бар узун жана кыска өтүү чыпкасынын айкалышына окшош (сүрөттөмөдөгү сюжеттерди караңыз)

Жарык жыйноочу

Асмандан жарыкты чогултуу үчүн TESS жарык жыйноочуну колдонот. Бул коллектор абдан арзан, анткени ал пластикалык формадагы форма менен жасалган. Бул линзалар фонариктердеги жарыкты жарыктандыруу үчүн колдонулат. Ички бөлүгү тунук параболоиддүү рефлектор. Кара кармагыч чырактын детекторго жетүүсүнө жол бербейт.

Биз номиналдык 60 градус FoV болгон кара жарык коллекторлорун колдонуп жатабыз. TESSте FoV детектордун коллектордун сыртындагы абалына байланыштуу кыскарат. Акыркы өлчөнгөн FoV (корпустун капкагынан мүмкүн болгон винетингди кошо алганда) оптикалык жумушчу столунда өлчөнгөн. Бурчтук жооп Гаусс функциясына окшош, максимум жарымында (FWHM) 17 градус толук туурасы.

Куту

TESS фотометринин электроникасы жана оптикасы сыртта болууга жана аба ырайына каршы турууга ылайыкталган коммерциялык пластикалык кутуга негизделген жөнөкөй корпус менен корголгон.

Кутуча кичинекей (сыртында: 58 x 83 x 34 мм; ичинде: 52 x 77 x 20 мм). Кутунун ичине кирүү үчүн бурама капкагы бар. Мөөр басылган курулуш суу жана чаңдын киришинен коргоонун жетиштүү деңгээлин камсыздайт. Бурамалар дат басып кетпеши үчүн, баштапкы бурамалар дат баспас болоттон жасалган бурамалар менен алмаштырылган.

4-кадам: TESS-W тиркемеси

Куту

TESS фотометринин электроникасы жана оптикасы сырткы аба ырайына туруштук берүүгө ылайыкталган коммерциялык пластикалык кутуга негизделген жөнөкөй корпус менен корголгон.

Кутуча кичинекей (сыртында: 58 x 83 x 34 мм; ичинде: 52 x 77 x 20 мм). Кутунун ичине кирүү үчүн бурама капкагы бар. Мөөр басылган курулуш суу жана чаңдын киришинен коргоонун жетиштүү деңгээлин камсыздайт. Бурамалар дат басып кетпеши үчүн, баштапкы бурамалар дат баспас болоттон жасалган бурамалар менен алмаштырылган.

Коробка иштетүү

Бул кутучага кээ бир жөнөкөй иштетүүнү аткаруу керек. Жарыктын коллекторго жетүүсүнө мүмкүндүк берген терезенин диаметри 20 мм. Бул ачык терезе менен жабылган, аны аба ырайына туруктуу силикон менен жабыштыруу керек. Кичинекей тешик IR термометр порту болуп саналат жана диаметри 8,5 мм. Кутунун экинчи тарабында кабелдик карыш үчүн 12 мм тешик керек. Жылыткычты кутунун капкагына бекитүү үчүн 2,5 мм эки тешик колдонулат.

5-кадам: TESS-W фотометрин орнотуу

1. Даярдоо

1. Ичиндеги кутуну кара түскө боёңуз.

Коробка иштетүү

2. Бургулоо:

● Терезе үчүн 1х 20 мм. ● Кабелдик редуктор үчүн 1x 12 мм. ● Термопил үчүн 1x 8,5 мм. ● Жылыткыч үчүн 2x 2,5 мм. ● Кутунун капталында 2x 1 мм.

3. Алюминий диффузорунун табагын (калыңдыгы 1 мм) жылыткычтын каршылыгы үчүн бургулаңыз, 4. Каршылыкты жана табакты капкакка бурап салыңыз.5. PCB.6 үчүн 8 мм аралыкты жабыштырыңыз. Таза терезени жабыштырыңыз (каршылык жылыткычын бурап салыш керек)

Thermopile

7. Чыңалуу жөндөгүчүн алып, көпүрөнү ширетүү менен эки терминалды туташтыр.8. Узундугу 60 мм болгон туташтыргычка бир баштуу 4 зымдуу зым. Термопилди жабууга жабыштырыңыз.

Антенна

10. Антеннаны кутуга бекитүү үчүн тешик бургулаңыз.11. Антеннанын бурчтарын кыркып алыңыз.12. Wifi модулунун керамикалык антеннасын, антенна конекторун жана кызыл диодду алып салыңыз.

2. монтаждоо

Сураныч, бул буйрулган ырааттуулукту аткарыңыз:

1. Антеннаны бурама менен кутуга бекиткиле.2. Кабелдик гайканы жана кубат сымын кой.3. Коллекторду (кара цилиндрди) ПХБга (эки бурамага) бекитиңиз.4. ПХБны кутуга бекиткиле (эки бурама).5. Жашыл такта туташтыргычы үчүн электр кабелин бурап коюңуз. (Кызыл зым оңго).6. Wifi модулуна антенна кабели. Каршылыктын жылыткычына бир баштуу 2 пиндүү зым 55 мм коннектор кабелине такалат. Термопилди жана каршылыкты туташтырыңыз (ПХБны сындыруудан сак болуңуз).

Каршылык жылыткычтын ролун аткарат жана алюминий табак менен капкакка туташат. Сүрөттөр кийинки процесстерди түшүндүрөт: Антеннаны кутуга бурап салыш керек, термопилдин жөнгө салуучусу көпүрө менен алмаштырылган жана ПХБ үчүн эки аралыкты (кара түстө) кутуга жабыштыруу керек. Кутунун ичи кара түскө боёлгон.

Фигуралардын бири керамикалык антеннага жана кошумча антеннаны туташтыруу үчүн розеткага ээ болгон баштапкы WIFI модулун көрсөтөт (үстү жагында). Биз антеннаны колдонобуз, анын кабели wifi модулуна (ылдыйда) кошулган. Белгилей кетсек, керамикалык антенна, розетка жана кабелдин жанындагы кызыл LED алынып салынды.

6-кадам: TESS-W Photometric Calibration

Фотометрлер ар кандай приборлордон алынган өлчөөлөр ырааттуу экенине ынануу үчүн калибрлениши керек. TESS-W Мадрид Университетинин Laboratorio de Investigación Científica Avanzada (LICA) башкы фотометрине салыштырмалуу кайчылаш калибрленген.

Орнотуу - бул интеграцияланган чөйрө, анын ичи жарык булагы менен жана фотометрлерди туташтыруу үчүн бир нече оптикалык порттор менен жарыктандырылышы мүмкүн. Жарыктын булагы - 596 нм, 14 нм FWHM менен LED.

Эгерде сиз TESS-W фотометрин калибрлөөнү кааласаңыз, LICA-UCM менен байланышсаңыз болот.

7-кадам: TESS-W Программалык камсыздоо

WIFI модулдук программалык камсыздоо

Байланыш жана программалык камсыздоо

Толук системага сенсордук тармак жана калибрленген сенсорлор үчүн корголгон маалымат өндүрүүчүлөр менен керектөөчүлөрдүн ортосунда ортомчу болгон программалык камсыздоочу кирет. Фотометрди калибрлегенден кийин (6 -кадамды караңыз), STARS4ALL сизге брокерде жарыялоо үчүн грамоталарды берет.

SQLite маалымат базасында маалыматтарды сактоо үчүн Pythonдо керектөөчүнүн үлгүсү иштелип чыккан. Бул керектөөчү бир же бир нече ЖК же серверлерге орнотулушу мүмкүн. Программалык камсыздоонун негизги мүнөздөмөлөрү төмөндө келтирилген:

● Cде иштелип чыккан TESS үчүн ыңгайлаштырылган программалык камсыздоо.

● MQTT жарыялоочу программасы Arduino IDE жана ESP8266 китепканаларында иштелип чыккан.

● MQTT Broker же үйдө жайгаштырууда же үчүнчү тарапта (б.а. mosquitto.org тест)

● MQTT абоненттик программасы басмачылардан маалыматтарды кабыл алып, аны реляциялык маалымат базасына (SQLite) сактоо.

MQTT - бул M2M / Интернет нерселеринин жеңил протоколу, чектелген түзмөктөр үчүн ылайыктуу, ал HTTP негизиндеги байланышка караганда бир топ ашыкча чыгымдарды талап кылат.

Ар бир сенсор жергиликтүү роутер аркылуу мезгил -мезгили менен алыскы MQTT серверине өлчөө жөнөтөт. Бул сервер - MQTT дүйнөсүндө "брокер" деп аталат - көптөгөн сенсорлордон маалыматтарды алат жана бардык жазылган партияларга кайра бөлүштүрөт, ошону менен басмачыларды керектөөчүлөрдөн ажыратат. Алыскы серверди долбоордун борбордук имаратына жайгаштырса болот. Же болбосо, биз test.mosquitto.org сыяктуу жеткиликтүү, бекер MQTT брокерлерин колдоно алабыз.

Каалаган программалык камсыздоочу брокерге жазылып, TESS түзмөктөрү тарабынан жарыяланган маалыматты колдоно алат. Булардын баарын чогултуу жана SQLite маалымат базасында сактоо үчүн атайын MQTT кардары иштелип чыгат.

Түзмөктүн конфигурациясы

● Аспаптын конфигурациясы тейлөөгө жардам берүү үчүн минимумга чейин кыскарат.

● Ар бир түзмөк бул конфигурацияга муктаж:

o WiFi SSID жана сырсөз.

o Photometer калибрлөө туруктуу.

o MQTT Broker IP дареги жана порт.

o Аспаптарга ыңгайлуу ат (бир аппарат үчүн уникалдуу)

o MQTT каналынын аталышы (жогоруда айтылгандай)

WiFi конфигурациясы

Биринчи жолу электрге туташканда, TESS-W WiFi кирүү чекитин түзөт. Колдонуучу WiFi роутеринин атын (SSID) жана сырсөзүн, фотометриянын нөлдүк чекитин жана Интернет дарегин жана брокердик репозиторийдин атын камтыган жөндөөлөрдү толтурат. Баштапкы абалга келтирип, өчүрүп жана циклди күйгүзгөндөн кийин, TESS фотометри маалыматтарды иштеп чыгууну жана жөнөтүүнү баштайт.

Биринчи жүктөөдө TESS TESSconfigAP аты менен кирүү чекити катары башталат. Мобилдик телефон бул кирүү чекитине туташуусу керек.

● Интернет браузери менен төмөнкү URLди карап чыгыңыз:

● Форманы 2.3 пунктунда көрсөтүлгөн параметрлер менен толтуруңуз

● Түзмөктү кайра жүктөңүз, ал жергиликтүү роутерге туташат.

Түзмөк WiFi роутери менен болгон байланышты жоготкондо, кайра жүктөө жана кайра конфигурацияны өзгөртүү үчүн ыңгайлуу болгон кирүү чекити катары өзүн конфигурациялоо.

Программалык камсыздоо

TESS-W Firmware документациясын github репозиторийинен тапса болот

github.com/cristogg/TESS-W

ESP8266 үчүн

Микропроцессор үчүн

8 -кадам: Акыркы эскертүүлөр

STARS4ALL фонду TESS-W фотометрлер тармагынын ишине жооптуу STARS4ALL долбоорунун уландысы. Бул жарандардын булганышы боюнча изилдөө үчүн кызыктыруучу маалыматтарды чыгаруучу илим долбоору.

Сиздин фотометр калибрленип, конфигурациялангандан кийин өлчөөлөрдү STARS4ALL инфраструктурасына жөнөтө баштайт. Бул өлчөөлөрдү биздин платформадан көрүүгө болот (https://tess.stars4all.eu/plots/). Мындан тышкары, тармакта түзүлгөн бардык маалыматтарды биздин Zenodo коомчулугунан жүктөп алса болот (https://zenodo.org/communities/stars4all)