Formación del Rocio.

 Este apunte es para mostrar unas medidas de temperatura y humedad que he realizado estas vacaciones para entender un poco como se forma el rocío durante la noche, por qué se forma antes en unos sitios que en otros y por qué se escarcha si el termómetro marca uno o dos grados positivos.

Podemos empezar centrando el tema con dos definiciónes de la Wikipedia:
"El rocío es un fenómeno físico-meteorológico en el que la humedad del aire se condensa en forma de gotas por la disminución brusca de la temperatura, o el contacto con superficies frías. "
"El punto de rocío o temperatura de rocío es la temperatura a la que empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire, produciendo rocío, neblina, cualquier tipo de nube o, en caso de que la temperatura sea lo suficientemente baja, escarcha."

Relación entre temperatura, humedad y punto de rocío.

Y si alguien quiere profundizar, he encontrado un viejo trabajo que aunque enfocado a la agricultura, resulta bastante ameno de leer y aporta algunas ideas útiles para elegir el lugar de observación menos afectado por el rocío, se llama Rocío y Escarcha.

MOTIVACIÓN.
Aunque hace años que tengo una estación meteorológica pero la realización de esta medida especifica surge a raíz de debates y trabajos dentro de mi asociación astronómica local, AstroHenares.
Es bien sabido que la formación de rocío en el equipo astronómico portátil suele arruinar las salidas de observación de los aficionados si no se toman las medidas adecuadas: viseras y fajas calentadoras diversas.
 Como normalmente las observaciones se hacen en lugares aislados, se trabaja con baterías. Para no agotar las baterías del vehículo se llevan baterías portátiles y para no llevarlas de tamaño camión, se intenta ajustar el consumo de los calentadores a las necesidades de la noche, pero esto no es trivial.

Y continuado la historia de AstroHenares, resulta que mientras J. Antonio desarrollaba un circuito para optimizar la potencia entregada a los calentadores en función de los parámetros ambientales y del equipo usado, Oscar realiza cálculos teóricos para modelar el enfriamiento de diferentes tipos de telescopio.
Son estos cálculos teóricos los que despierta mi asombro y curiosidad. El trabajo de Oscar está aqui:
Amateur Telescope Lenses Heating
En resumen, para noches completamente despejadas y sin viento, los cálculos de Oscar, ponen sobre el papel como los objetos solidos pueden enfriarse por debajo de la temperatura ambiente, incluso decenas de grados  en observatorios de alta montaña. Es decir, podemos tener el aire a 2ºC y la lente del telescopio a -5ºC. Y lo cierto es que esto lo vemos todos los inviernos en nuestros coches: a veces su termómetro exterior marca uno o dos grados positivos pero tenemos que rascar el cristal porque se ha congelado, es decir está por debajo de cero.
Siendo así, no basta calcular el punto de rocío en función de la temperatura y humedad relativa del ambiente, para aplicar la potencia óptima a los calentadores es necesario conocer la temperatura real de la superficie a proteger, que es lo que intentaba conseguir J.Antonio.
El caso es que yo, como Santo Tomás, necesitaba meter el termómetro, y ver que ocurre en la realidad. Eso de que las cosas se enfríen por debajo del aire que las rodea me había dejado helado.

EL EXPERIMENTO.
He aprovechado la escapada navideña para hacer algunas medidas con sensores de cierta precisión. La idea ha sido ver como se enfría la chapa del techo de un coche y otra chapa suspendida en el aire.

El entorno de las medidas es un amplio patio trasero.

Los dos sensores deben estar a la misma altura, en estas noches despejadas y sin viento se produce una inversión térmica tal que la temperatura puede subir un grado por metro de altura en los primeros metros sobre el suelo (pag.10 de Rocío y Escarcha ).

Sensor de temperatura auxiliar DS1631 sujeto en el centro del techo del coche con cinta adhesiva de aluminio.

El sensor principal es el SHT11 y el auxiliar un DS1631, ambos bastante precisos. El offset entre ambos termómetros es practicamente nulo. Ambos son leídos por una placa EMA, cuyo programa almacena y representa gráficamente los datos.

Sensor de temperatura y humedad de SHT11  dentro de un protector de plástico.  Sujeta a la barra, una plancha de acero de 24x10x1mm donde se coloca la sonda auxiliar durante una hora al principio de la noche. Sobre la plancha también se forma rocío por debajo, aunque en menor cantidad.

LOS DATOS.
A continuación la representación gráfica de las lecturas obtenidas durante la noche. Los sensores se leen cada 5sg, cada punto de la gráfica es el promedio de un minuto.

Evolución de las medidas en una noche con humedad relativa del 95%. En negro la temperatura ambiente, en rojo temperatura de rocío y en gris la temperatura del sensor auxiliar.

Las sondas se colocan justo al ponerse el Sol y ya hay algo de roció sobre el techo del coche.
El sensor auxiliar está colocado sobre el techo salvo alrededor de las 20h, que se coloca sobre la chapa de acero durante una hora al principio de la noche.
El final de la gráfica es también interesante. Sale el Sol pero se nubla y hace algo de aire. El coche en ningún momento recibe sol directo, está a la sombra de una pared distante. En estas condiciones la temperatura del techo llega a superar a la ambiente.

Un fragmento de los datos almacenados al principio de la noche, en este caso promediados cada cinco minutos:

Hora             TAmb   HR%  TRocio  TAux
18:01:37        05,9    92,9    04,9    02,6
18:06:37        06,1    93,6    05,1    02,8
18:11:37        06,0    93,8    05,1    02,8
18:16:37        05,9    93,9    05,0    02,5
18:21:36        05,6    93,7    04,7    02,1
18:26:36        05,4    94,1    04,5    02,0
18:31:36        05,3    94,3    04,5    01,6
18:36:36        05,3    94,6    04,5    01,3
18:41:36        05,2    94,6    04,4    01,2
18:46:36        05,2    94,9    04,5    01,3
18:51:36        05,1    94,7    04,3    01,0
18:56:37        04,8    94,6    04,1    00,6
19:01:37        04,7    94,9    03,9    00,3
19:06:36        04,6    95,0    03,8    00,1
19:11:36        04,4    94,8    03,6    -0,1
19:16:36        04,4    94,9    03,7    -0,3
19:21:37        04,4    95,2    03,7    -0,3
19:26:37        04,5    95,4    03,8    -0,0
19:31:37        04,3    95,4    03,6    -0,1
19:36:36        04,2    95,5    03,6    01,0
19:41:36        04,5    95,7    03,9    04,4
19:46:36        04,1    95,3    03,4    03,5
19:51:37        03,7    95,5    03,1    02,9
19:56:37        03,9    96,2    03,4    03,2
20:01:37        03,9    95,9    03,3    03,1
20:06:37        03,9    96,0    03,3    03,3
20:11:36        04,0    96,3    03,5    03,5
20:16:37        04,0    96,5    03,5    03,5
20:21:37        03,7    96,3    03,2    03,2
20:26:37        03,6    96,2    03,0    02,9
20:31:37        03,3    96,0    02,7    02,8
20:36:37        03,1    96,1    02,5    02,5
20:41:37        03,2    96,6    02,7    02,7
20:46:37        03,5    96,7    03,0    03,0
20:51:37        04,2    97,2    03,8    04,1
20:56:37        03,9    97,1    03,5    03,8
21:01:37        03,6    96,6    03,2    02,9
21:06:37        03,4    96,5    02,9    00,2
21:11:37        03,1    96,2    02,6    -0,4
21:16:37        03,3    96,6    02,9    -0,4
21:21:37        03,2    96,4    02,7    -0,6
21:26:37        03,3    96,5    02,8    -0,5
21:31:37        03,3    96,5    02,8    -0,3
21:36:37        03,2    96,5    02,7    -0,2
21:41:37        03,3    96,5    02,8    -0,1
21:46:37        03,2    96,4    02,7    -0,4
21:51:37        02,9    96,2    02,4    -0,9
21:56:37        03,0    96,6    02,5    -1,0
22:01:37        02,8    96,5    02,3    -1,0
22:06:37        02,9    96,6    02,4    -0,8
22:11:37        02,7    96,4    02,2    -1,1
22:16:37        02,2    96,1    01,7    -1,8
22:21:37        02,2    96,4    01,8    -1,9
22:26:37        02,6    96,6    02,1    -1,3
22:31:37        02,5    96,6    02,0    -1,3
22:36:37        02,3    96,7    01,9    -1,1
22:41:37        02,4    96,7    01,9    -0,9
22:46:37        02,6    96,9    02,2    -0,6
22:51:37        02,5    96,7    02,0    -0,7
22:56:37        02,2    96,5    01,7    -1,4
23:01:37        02,2    96,6    01,8    -1,5
23:06:37        02,2    96,7    01,7    -1,6
23:11:37        02,3    96,8    01,8    -1,6
23:16:37        02,4    97,0    02,0    -1,0
23:21:37        02,4    97,0    02,0    -0,8
23:26:37        02,3    96,9    01,8    -0,9
23:31:37        02,2    97,0    01,8    -0,7
23:36:37        02,4    97,1    02,0    -0,4
23:41:37        02,5    97,1    02,1    -0,1
23:46:37        02,7    97,2    02,3    00,1
23:51:37        02,7    97,2    02,3    00,4
23:56:37        02,6    97,3    02,3    00,5


En resumen:
- El techo del coche llega a estar 4ºC por debajo de la temperatura ambiente.
- La chapa de acero sigue la temperatura de rocío, a unas décimas de la temperatura ambiente.


CONCLUSION.
Aunque solo es un pequeño experimento, queda demostrado que en noches despejadas y sin viento, los objetos en la intemperie pueden enfriarse consideráblemente por debajo de la temperatura ambiente porque el intercambio de calor predominante es por radiación.
Consecuencia de lo anterior es que empieza a formarse rocío primero en los objetos que se enfrían más rápido y alcanzan antes la temperatura de rocío.
La magnitud de ese enfriamiento por debajo del ambiente depende mucho del material en cuestión y de como está orientado.
Es de suponer que objetos capaces de acumular mucha energía del Sol durante el día, como una gran roca, siempre estarán por encima de la temperatura ambiente de la noche.

En el presente caso:
- La chapa del techo tiene un fuerte aislamiento inferior, su transferencia termica es solo hacia arriba por lo que radia hacia el cielo, no recibe otra radiación y se enfría rápidamente a 4ºC por debajo del ambiente.
- La chapa de acero suspendida horizontalmente intercambia calor en todas direcciones, por lo que también recibe radiación del suelo y permanece a la temperatura de rocío, unas décimas por debajo de la temperatura ambiente.

Contaminación Lumínica y Columna de Agua Atmosférica.

En el año 2007, gracias a la  iniciativa internacional Starlight, la UNESCO declara el Cielo Nocturno como Patrimonio Científico, Cultural y Medioambiental de la Humanidad. 

Gracias al trabajo y tesón de los expertos, y también de algunos aficionados a la Astronomía, la sociedad va comprendiendo la  necesidad de conservar la calidad del cielo nocturno. 
En los últimos años, bien para colaborar en el control de la contaminación (Celfosc, NIXNOX), o simplemente para saber como es nuestro lugar de observación,  se hacen medidas  con medidores de mano SQM. Pero cualquier observador del cielo sabe que no todos los días despejados son iguales. Hay días más "azules" que otros, como noches mas "limpias" que otras. 

Por mi parte, en varios años observando las curvas de brillo generadas por la estación meteorológica EMA veo sin mucho esfuerzo que esas curvas oscilan a lo largo de la noche y entre unas noches y otras.  Se supone que las medidas en noches despejadas sin Luna deberían ser iguales, suponiendo que el alumbrado publico no ha cambiado. 

La variación en estas medidas pone números a lo dicho anteriormente, que no todas las noches son iguales. O sea, que las medidas de contaminación lumínica se ven afectadas por otros parámetros que no tenemos: aerosoles atmosfericos, humedad etc. 

Sería interesante conocer esos parámetros a fin de mejorar y comprender las medidas de contaminación lumínica.

La verdad, no tenía la menor idea de por donde empezar. Había un parámetro atmosférico del que había oído hablar y del que apenas sabía nada, y menos de como medirlo: la columna de vapor de agua. Sabía que la usan en algunos observatorios, por lo que tenía cierta curiosidad.

Mapa mundial de columna de agua según el satelite Aqua/MODIS para los últimos días de Mayo de 2014.

Buscando información al respecto, encontré hace dos semanas un articulo de David R. Brooks y otros, publicado por la American Meteorological Society en 2011:

Measuring Total Column Water Vapor by pointing an infrared thermometer at de Sky.

En él se analiza el uso de termometros IR de mano para medir la columna de agua atmósferica, pero lo bueno es que habla de la relación entre columna de agua y transparencia atmosférica.

Ya conocía a Brooks por usar diodos led como sensores monocromáticos en la fabricación de instrumentos de medida atmosféricos baratos para el programa GLOBE. De hecho Brooks ya había fabricado un fotometro con leds para medir la columna de agua y el espesor de los aerosoles. Lo bueno es que para  la columna de agua es mucho más sencillo con termometro IR que con leds. 

Y la buena noticia por mi parte, es que casualmente hace ya un año, añadí  un termometro IR a la estación EMA con el propósito de redundar su sensor de nubes basado en peltier. Pero además, resulta que he instalado ese mismo termómetro en el TESS (Telescope Encoder & Sky Sensor), que ya va estando en posesión de algunos aficionados.

Resumiendo, creo que un simple termómetro de infrarojos puede complementar y mejorar las medidas de contaminación lumínica. Por mi parte, el programa EMA empezará a guardar las lecturas de temperatura aparente del cielo para una posterior calibración. Una vez calibrado el sensor IR, se podrá estudiar la relación entre el agua en la atmósfera y las medida de brillo que toma la estación.

Como me ha parecido muy interesante, pongo un resumen de resultados del articulo:
Midiendo la Columna Total de Vapor de Agua 
apuntando un termometro de infrarojos al cielo.
por Forrest M. Mims III , Lin Hartung Chambers, and David R. Brooks

Se llama columna de vapor o agua precipitable al espesor de agua que resultaría de condensar todo el vapor de agua contenido en una columna vertical de atmósfera.

Se mide con fotómetros solares, que comparan la luz recibida en dos bandas de luz, una que es atenuada por el agua y otra que no. También se calcula analizando las señales de satélites GPS cuya propagación se ve afectada por la cantidad total de agua que atraviesan.

La cantidad de agua contenida en la atmósfera es de gran importancia para la meteorología, pero también es de interés en la observación astronómica, ya que incluso en días completamente despejados, la cantidad de agua contenida en la atmósfera, mezclada con los aerosoles atmosmféricos higroscópicos, influye en la transparencia del cielo.

Dos años comparando la temperatura aparente del cielo en el zenith tomada con termómetro IR y el agua precipitable ( precipitable water, PW, a la dercha) medida con un instrumento de referencia. Lugar del experimento situado a 27ºN y 97ºW

A continuación vemos los resultados obtenidos en los dos años que dura el estudio en base a dos termómetros IR comparando con un fotómetro Microtops II de una estación próxima.  La curva roja representa el ajuste a una exponencial. Se observa como cada uno requiere su propia calibración.

Termometro de mano modelo OS540.

Termómetro de mano modelo IRT0421.

En la siguiente tabla aparece la comparativa completa de cinco termómetros. En las líneas inferiores hay dos intrumentos de referencia, un fotómetro y uno basado en GPS. Ambas referencias estaban situados a 30 Km de distancia. Entre los dos intrumentos de referencia también se observan diferencias.

En resumen, la columna total de agua precipitable en la atmósfera puede medirse razonablemente bien con un simple termómetro IR calibrado adecuadamente.
En el articulo, la referencia de calibración era una estación próxima de la NOAA, la agencia americana de meteorológia, que ofrece el histórico de medidas online. 

Cámara de vigilancia IP HD.

Cámara Modelo IPG-63H13(38)PL-S 
Las nuevas cámaras de vigilancia ofrecen alta definición y funcionamiento en red. Los potentes procesadores de imagen hacen compresión hardware con cierta calidad,  por lo que no es imprescindible una LAN gigabit.

Mi intención es ver si este modelo, aparentemente muy sensible para ser un CMOS, puede ser útil tanto para allsky como para autoguiado.

Se trata de tecnología punta 100% china, sensor y procesador.
La placa, sin accesorios ni cables cuesta $50 por internet.

Un extracto mínimo de sus características:

Sensor Aptina AR0130 
CMOS 1/3'' alta sensibilidad.
Color 0.01Lux a F1.2 ,B/W 0.001 Lux a F1.2.

Resolución: 1280H x 960V (1.2Mp)

Pixel: 3.75μm x 3.75μm.

Color Array: Monocromo, RGB Bayer.

ADC 12-bit interno, salida raw paralelo.

Rango dinámico 83.5 dB

SNRmax: 44 dB

QE  50% a 60% en los canales RGB.

Procesador HiSilicon Hi3518C 
Sistema RTOS embebido, dual core 32 DSP, compresión hardware.  
Consumo 270mW
Compresión H.264

Servidor WEB , detección de movimiento, captura JPEG etc.


Montaje de la placa.

La placa viene sola, sin cables ni adaptador. Para hacer una prueba rápida he soldado los cables directamente a los conectores. La distancia entre pines es pequeña y requiere cuidado. Con todo solo hace falta soldar dos cables para la alimentación de 12v y cuatro para la red.

El adaptador a rosca C puede ser más problemático, ya que hay al menos dos distancias entre tornillos, afortunadamente tenía el adecuado, o mejor dicho casi, porque he tenido que rebajar la altura para conseguir el enfoque. 

Montaje del adaptador a rosca C.

Adaptador de 1 '1/4 a rosca C.

Primeras tomas de ejemplo.

Detalle macro, sin filtro IR pero con iluminación LED de muy baja potencia.

Captura de día añadiendo un filtro de corte IR.

Captura nocturna en cielo muy contaminado sin filtro IR. Objetivo C 12mm F1.2. 

Primeras Conclusiones.
La impresión general es muy positiva, sobre todo por la sensibilidad. La cámara se adapta automáticamente a cualquier ambiente para dar la mejor imagen. 
Llama la atención la diferencia de actualización de la imagen en función del movimiento de la escena. Cuando se mueve toda la escena, el vídeo se relentiza, en cambio, cuando solo se mueven algunas partes de la escena apenas hay retrasos.

El software de captura que me mandaron con la cámara es muy potente, aunuque claro está, enfocado a la vigilancia. Puede manejar muchas cámaras simultáneamente, hacer capturas programadas y mucho más. 
Me queda mucho que averiguar, lo más importante que aún no he conseguido reproducir el video capturado salvo con el mismo programa, debido a la compresión H264. Tambén me falta por saber como pedirle una imagen via web.


PRUEBAS CON TELESCOPIO SC 8' + reductor a f6.3
Lo siguiente son capturas sueltas sobre el video, sin ningún  apilado ni tratamiento adicional.

Cúmulo M48, salen estrellas de magnitud 12. También se observan pixeles calientes.

 Así se ve M42 en el vídeo.  Parece que salen las mismas estrellas en BW que en color. 

Este video de M42 es orientativo en pequeño. A pantalla completa no representa el video real porque youtube lo ha comprimido. El original y otro de la Luna con la resolución nativa estan en el grupo de Yahoo ObservatorioRemoto.

La Luna con el SC8' a 6.3. Las atopistas de abajo son pelusas sobre el sensor.

Estas pruebas sobre telescopio confirman la impresión de que la cámara promete.
En la nebulosa, el vídeo está a 5 cuadros por segundo, en la Luna a 20. En ambos casos la exposición es automática con un máximo de 80msg. Aún hay bastantes parámetros que no he tocado porque aún no entiendo.

La sensibilidad parece buena, sensación que se confirma a la vista de la documentación del fabricante. Según las curvas de respuesta, este sensor CMOS sobrepasa el 50% de eficiencia en los canales RGB. En la versión BW su QE max. es del 78% en 550 nm.

El aspecto que veo más crítico es el retraso en la respuesta en función de la cantidad de información.  Me refiero al tiempo entre que movemos el telescopio y vemos el movimiento en el monitor. A máxima resolución, cuando solo hay estrellas sueltas, la respuesta es bastante rápida, quizás medio sg.  En el caso del video lunar, con la turbulencia haciendo crepitar toda la imagen, este retraso llega a los 5sg.  La caputura está realizada con una CPU Atom de hace cuatro años, tengo que ver con otra más rápida por si influye.
Afortunadamente el autoguiado no lo hacemos sobre la Luna, por lo que confío que sea viable.

A la vista de la documentación, hay opciones muy interesantes para su aplicación en el observatorio. Las principales son el bining y la capacidad de explorar fragmentos de imagen. Esto sería ideal para el guiado. Falta saber si están implementadas en el procesador Hi3518C, el encargado de manejar al sensor.

Camara IP con Raspberry PI.

NOTA: nueva entrada de máximo interes sobre este tema: MotionEyeOS.

Del boom PI se escapan pocos enredas. Servidor no iba a ser menos, esta que muestro la adquirí en la primera tirada, es decir, la compré antes de ser fabricada, tan interesante me pareció, y vaya por delante que no me manejo en Linux.

Debo admitir, como tantos otros, que después de la espera inicial, la PI pasó algún otro mes en el cajón. Y después de trastear un poco para ir aprendiendo algo, volvió al cajón otra temporada, no por falta de ganas, sino de tiempo. Hasta que sacaron la  cámara hace unos meses. Así que está va a ser la primera aplicación practica: actuar como cámara IP, en mi caso para la estación meteorológica EMA.

Normalmente vengo usando cámaras cctv de diferente índole con un adaptador de vídeo ethernet IP9100 que admite cuatro entradas analógicas.

 La Raspberry y la cámara en una misma caja de 125x105x35 queda muy compacta. La salida HDMI es accesible por un lateral, mientras que el conector de vídeo y sonido quedan dentro dado que no se van a usar.

La PI va conectada a una placa, aún en prototipo, que contiene un regulador conmutado para entrada a 12v, el driver RS232 y un relé auxiliar. La cámara está al fondo, sujeta con separadores de plástico y dos tornillos M2.

Gracias a vivir en un piso alto, simplemente colocando las cámaras detrás de la ventana de la terraza puedo  tener unas buenas vistas hacia la sierra norte de Madrid.

 La calidad de imagen para este tipo de aplicación es superior, en el horizonte se ven incluso las torres de control de Barajas y algunos aviones.
 Para subir fotos a la web periódicamente, los particulares podemos tener limites de trafico, por lo que solo se captura el centro de la imagen. Este pequeño trozo de 800x600 con calidad jpg 30%, ocupa 122KB. La cámara puede comprimir aún más, a 60KB sin gran perdida. 

 De noche la imagen también tiene buen aspecto, gracias a que se puede aumentar el tiempo de exposición hasta 2.5sg. Este cambio de modo de exposición no es automático, se consigue mediante un script que tiene en cuenta la altura del Sol. 

Dejo para otro momento hablar del software, del que se está encargando R. Gonzalez. 
Tan solo comentar que la captura periódica se guarda en disco RAM, para no machacar la SD y que la imagen, una vez adquirida, se pide al servidor web incorporado en el magnifico Webiopi.

Observatorio Abierto.

Pues no, no me refiero a la puerta del observatorio, ni al software libre ;-) 

Me refiero a la forma de conectar entre sí los diferentes equipos del observatorio.

Muchos elementos del observatorio se comunican por puerto serie: telescopio, estación meteorológica, rueda de filtros, enfocador, .... Si en vez de adaptar esos puertos a usb, como es habitual, los adaptamos a ethernet estaremos haciendo una instalación abierta.

Dispositivos del observatorio conectados en red. 

Ciertamente hay un elemento más difícil de poner en red: la cámara principal. Son pocas y caras las que tienen conexión ethernet. Por eso un día me animé a diseñar el COR, para tener también las cámaras en red. No obstante, en un control remoto, no menos importante que la adquisición, es la seguridad del observatorio, estar seguro de su estado, y para eso es bueno tener alternativas de acceso al resto del sistema.

Las instalaciones abiertas, en red, ofrecen la mayor flexibilidad y fiabilidad.

- El observatorio no depende de un único ordenador , es posible tener una cpu de backup. 

- Los dispositivos en red son accesibles desde diferentes ordenadores sin tener que cambiar un cable. Por ejemplo, podemos añadir una cpu para pruebas. 
- No hay problema de distancia con los cables, o se puede acceder vía wifi.

Una ventaja adicional es poder disponer de los mismos datos en más de una aplicación. Esto también es útil de cara a solucionar problemas o desarrollar programas nuevos,  podemos ver que está saliendo por cada dispositivo sin desconectarlo de su aplicación. Basta hacer un simple telnet para monitorizar que se mueve por ese puerto.

 Mensajes de la estación meteorológica EMA a su aplicación.

Una vez en red, la flexibilidad es total, por ejemplo si estamos probando un programa, o modificandolo, la estación puede estar en el observatorio y el programa que desarrollamos en casa.

Adaptadores RS232 a Ethernet baratos.

Este tipo de adaptadores, también llamados servidores serie, no existen en electrónica de consumo, solo se encuentra en entornos industriales, razón por la cual nunca han sido baratos.

Pero como no podía ser menos, gracias (o por desgracia, según se mire) a China, y al avance de la tecnología, los precios están bajando.  

Ciertamente, aún muy lejos de marcas clásicas como Perle o Digi, hay un fabricante chino que va tomando fuerza en módulos de uno o dos canales: USR Technology. Un puerto sale por unos 20$ comprando la placa suelta, con caja 40$.

  Adaptador USR-TCP232 de un canal, la placa y en caja. Derecha, adaptador de 2 canales a TTL.

Tengo en pruebas desde hace cuatro meses el modelo USR-TCP232, de un canal,  con una estación EMA. Después de unas dudas iniciales finalmente no achacables al dispositivo, en un funcionamiento ininterrumpido de meses, puedo decir que va sin problemas. 

El módulo de dos canales está pensado para ser montado sobre circuito impreso y no lo he probado.

La comunicación en la red es TCP/IP.  Si los datos van a ser recibidos por una aplicación propia, lo eficaz es comunicarse por sockets, ( ej. los programas TESS y EMA).

Si los datos se quieren en una aplicación que solo acepte puertos series, por ejemplo un planetario, hay que recurrir a un programa que cree puertos serie virtuales, como por ejemplo el VSPM que USR entrega con sus adaptadores, es bueno y fácil de usar. 

VSPM, programa usado por los adaptadores USR para crear puertos series virtuales.

Un adaptador  de cinco puertos: ET232.

Para uno o dos canales los adaptadores anteriores están bien, pero para cuatro o cinco canales es deseable un dispositivo multipuerto para simplificar el cableado. Pero aqui los chinos aún no han entrado y siguen muy caros.

Total, que como ya conocemos los módulos de Rabbit Semiconductor, nos hemos animado a fabricar un adaptador de cinco puertos con el módulo más moderno, el minicore RCM6710.

Primer montaje del adaptador ET232 en caja de aluminio de 125x105x35. 

Los conectores DB9 van directamente en la placa para evitar el cableado.

Casi todo lo hace el RCM6710, solo debemos añadir en la placa algunas cosas: 
- Drivers RS232 para los cinco puertos.
- Regulador de tensión conmutado para optimizar el consumo y aceptar tensiones de entre 7 y   14v con un consumo inferior a 2W.
- Tensión en el pin 9 para alimentar a dispositivos como al TESS.
- Opción de 6 E/S auxiliares y un puerto I2C.

En cuanto al programa del modulo se carga fácilmente por uno de los puertos serie desde el  mismo compilador.
Es posible ver la configuración de los puertos en una pagina web alojada en el dispositivo.

PCB por el lado de los componentes.

Parte inferior de la placa donde va el core RCM6710.

La versión actual del programa esta operativa desde hace dos meses. Funcionan los cinco puertos, por ahora solo con una conexión TCP por puerto.

 La posibilidad de controlar las E/S y el I2C queda para más adelante.

El modulo RCM6710 cuesta 37€ en la tienda online de Digi, el resto del material unos 25€ adicionales. 

Si alguien se anima  a programar este módulo, el entorno de Dinamic C, es relativamente asequible. El compilador es gratis y tiene ejemplos para todo lo imaginable, incluido uno para manejar multiples puertos serie.

TESS: Sensor de Nubes y Calidad de Cielo.

El destino inicial del TESS (Telescope Encoder & Sky Sensor) fué el telescopio de un observatorio remoto sin encoder absoluto ya que nos dá la dirección de apuntado. Por eso, la comunicación nativa es RS232 , la más fiable y que permite cables de hasta 25m. 

TESS-RS232 sobre telescopio SC. 

 TESS modular USB / Bluetooth.
Esta nueva placa, más pequeña, complementa a la anterior en el uso portatil. Reduce su tamaño sacando fuera el adaptador de comunicaciónes y alimentándose a 5v.

Aunque escalable a la versión completa, está más enfocado a:
- Medidas de calidad de cielo.
- Sensor de nubes para astrofotografía (alarma acústica de nubes, o cuando se despeja).

La comunicación es una opción externa a elegir entre los diferentes módulos adaptadores disponibles comercialmente. Si solo  interesa el brillo del cielo por USB, el coste es casi la mitad respecto al modelo completo. 

1- El prototipo de TESS modular junto a la versión RS232.

La salida de la placa es serie de nivel TTL a 3.3v, para conectar el adaptador USB, Bluetooth, o llegado el caso RS232.  La alimentación es a 5v, a diferencia de la placa grande que admite 12v.

Placa final del módulo.

La placa final mide 30x40mm, se pueden montar cualquier combinación de sensores con los tres disponibles según la aplicación. Para una instalación fija no hace falta el acelerómetro, si solo interesa el brillo del cielo,  con el sensor luminoso es suficiente. 

2 - TESS modular con los tres sensores instalados.

TESS-USB.

Una forma sencilla y barata de alojar la placa es usando un manguito de PVC de 40mm y dos tapones. Un trozo de tubo de 40 sirve de soporte para sujetar la pcb.

Si se quiere un acabado perfecto se pueden tornear las piezas. El PVC mecanizado queda en un prudente gris aviación que no requiere pintado.

  

3 - Montaje sobre dos tapónes y un manguito de PVC de 40mm mecanizados.
 La conexión es con adaptador TTL-USB, donde el convertidor a USB va en el mismo conector.

El adaptador TTL-USB puede ir en una plaquita o en el mismo cable. Según el chip que incorporen, pueden costar 3€ sin son clónicos  o 6€ si son originales marca FDI.

 Este último es preferible por varias razones, una de ellas que no importa en que boca se conecta, una vez identificado por windows, siempre le asigna el mismo numero de puerto.

Además del USB, podemos añadir un módulo bluetooth para recibir la información en el móvil Android.

4 - Un modulo bluetooth HC-06 puede conectarse directamente sobre la placa. Es necesario que el adaptador bluetooth tenga los pines en el orden Vcc,Gnd,Tx y Rx, ya que hay varios modelos.

5 -También podemos colocar el adaptador TTL-USB en el interior.  

Instalación con batería portátil.

La forma de uso más independiente para uso portátil es comunicando por bluetooth, por ejemplo alojando el módulo dentro de un cargador portátil para móviles. 
Esta caja con dos baterías de litio puede salir por unos 10€ en Ebay.

6 - Instalación en alimentador de reserva. A la derecha con una protección de goma eva.

7 - Colocando solo dos pilas de litio queda espacio para la placa y el módulo bluetooth.

Con esta adaptación, ademas de los sensores, seguiremos disponiendo de la función batería de emergencia USB y pequeña linterna.


Software

El programa es idéntico para cualquier version en Windows y Android. 

Su funcionamiento se explica con detalle en el manual:  TESS. 
Unos pantallazos ilustrativos:

 Ventana principal.

Gráfica de brillo del cielo.

 Gráfica de nivel de nubes.

Ventana del programa Android.

Adaptador LCD

Para medir manualmente solo el brillo del cielo, sin necesidad de pc o móvil,  en lugar del modulo bluetooth podemos colocar  un adaptador con display LCD, aunque esto supone la perdida de prestaciones.

8 - Prototipo de adaptador LCD para medidas de brillo.

Coste.

 Aunque comprar componentes sueltos no es barato, el coste del material electrónico de la placa, con sensor de brillo, acelerómetro-magnetómetro y filtro IR dicróico, sale por unos 22€, con termopila  sobre 36€ y hay que añadir la comunicación, otros 6€ y la caja.
En total con todos los sensores, caja y doble comunicación (USB y Bluetooth) el material puede salir por unos 52€.