Добро пожаловать на наш астрономический форум!
Надеемся, что здесь вы сможете получить толковые ответы на свои вопросы по любительской астрономии основанные на опыте и знаниях, а не на догадках, мифах и чтении Интернета по диагонали.
Если вы решили присоединиться к нам - придерживайтесь и Вы в своих ответах этих правил

Зоны особого внимания: ЧАВО (FAQ), Обзоры оборудования и Окуляры

Датчик облачности

Обсуждение всего что сделано своими руками, модернизация оборудования, телескопостроение и т.д.

Модератор: Ernest

Ответить
Аватара пользователя
iNV
Сообщения: 99
Зарегистрирован: 22 ноя 2009, 23:40

Датчик облачности

Сообщение iNV » 08 сен 2017, 13:38

В последнее время в среде любителей астрономии всё чаще стала затрагиваться тема мониторинга погоды с целью автоматизации обсерваторий, планирования наблюдений и выездов и подобных околоастрономических целей. Не обошла эта тема и меня, вернее - затянула... Обсерватории у меня нет, автоматизировать мне нечего, а вот сориентироваться по погоде при планировании наблюдениий было бы неплохо. Находясь, например, на работе (а работать мне приходится иногда на объектах в метро, где интернет есть, а окон, где можно посмотреть на небо - нет) хочется узнать, как оно там, прояснилось ли? Можно, конечно, обзвонить соратников по хобби и т.н. "загородную агентуру" - знакомых, живущих в пригородах. Но в условиях нашего сурового климата, когда погода меняется несколько раз в день, это один из способов прослыть навязчивым маньяком.
В общем, говоря простым языком - я захотел датчик ясного неба. Как минимум по месту жительства. Желание это появилось не само по себе, а выросло на почве создания домашней погодной станции, подключённой к популярному нынче сервису "народного мониторинга". Интернет сказал, что существуют готвые измерительные комплексы для этих целей, но они:
- 1. ДОроги. Вот лично мне - дОроги...
- 2. Являются вещью в себе, с навязанным интерфейсом и функционалом. Зачем мне два датчика температуры влажности и осадков, если у меня это уже есть? Возвращаюсь к пункту 1 и вопрос решён - сбираю своё и сам.
Техническое решение применил стандартное - пирометрия северной части неба, где не бывает солнца. ИК термометр (пирометр) взял самый широкоугольный (90 градусов) из распространённой серии mlx90614esf.
s-l500.jpg
s-l500.jpg (25.56 КБ) 7962 просмотра
Его проще всего купить и он обладает рядом преимуществ:
- Он дешёвый,
- Широкий угол позволяет контролировать достаточно большой сегмент неба,
- Конструкция не позволяет осадкам накапливаться в углублении перед объективом. Вода не прозрачна в дальнем ИК диапазоне, и после каждого дождя придётся мерить не температуру неба, а температуру воды на корпусе пирометра.
s-l5002.jpg
s-l5002.jpg (22.64 КБ) 7962 просмотра
Пирометр поместил в металлический геретичный корпус вместе с нагревателем. К сожалений впопыхах не сфотографировал внутреннюю компоновку корпуса, а разбирать не хочется - очень тяжело далась сборка. Опишу вкратце. Алюминиевый герметичный корпус. В отверстие на лицевой панели на MS-полимер вклеен пирометр. Тепловой контакт между пирометр и корпусом осуществлён через бортик корпуса пирометр. Контакт хороший. Внутри также располагается нагреватель - керамический резистор, прижатый через термопроводящую прокладку к корпусу с помощью металлической пружины. Через герметичный ввод в корпус заходит УФ-устойчивый UTP кабель, по которому осуществляется общение с пирометром и управление нагревателем. Пирометр способен выдавать два параметра: ИК-температуру и свою внутреннюю температуру. Последняя реализуется для термостабилизации корпуса с помощью нагревателя на уровне +30С, с небольшим гистерезисом, естественно. Нагрев нужен для просушки датчика после дождя и плавления снега. Кроме того, как мне кажется, стабильная температура корпуса пирометра должна благотворно сказаться на точности его показаний.
IMG_0717S.jpg
Готовый датчик ясного неба расположен на северной стороне хозблока, ось пиромера направлена примерно на высоту 50 градусов на ССЗ. Тут же располагается счётчик осадков и датчик влажности. Сбором всех данных занимается контроллер, который по WiFi передаёт данные на другой блок, расположенный уже в доме, а оттуда они попадают на сервис народного мониторинга, окуда их можно получить на смартфон или компьютер. Слабым местом является Wifi между домом и хозблоком, в плохую погоду связь пропадает, но я над этой проблемой работаю...

Теперь о показаниях. За несколько месяцев работы пришёл вот к такой эмпирической форумле расчёта облачности по десятибальной шкале:

10 - (Ta - Ts - OVERCAST_LIMIT) * 10 / (CLEAR_LIMIT - OVERCAST_LIMIT);
где:
Ta - температура воздуха на улице,
Ts - температура неба,
CLEAR_LIMIT - Разница Ta-Ts при ясном небе. Эмпирически около 13-15;
OVERCAST_LIMIT - Разница Ta-Ts в пасмурную погоду. Около 5-7;

Формула работает не всегда. С этим пока пришлось смириться. Например, при прохождении холодного фронта Ta-Ts может доходить до 15 даже при наличии плотной облачности, а утренние и вечерние часы при ясной безветренно антициклонической погоде Ta-Ts может падать до 8-10. А впереди ещё зима, и что там будет, я пока не знаю. Найденная методика расчёта для AAG CloudWatcher работает плохо. Возможно нужно разобраться:
http://www.aagware.eu/aag/cloudwatcher7 ... meters.htm" onclick="window.open(this.href);return false;
http://www.aagware.eu/aag/cloudwatcherN ... eModel.pdf" onclick="window.open(this.href);return false;

Накопленные данные за несколько месяцев измерений можно посмотреть на сайте народного мониторинга.
Расчётное значение облачности по 10-и бальной шкале:
https://narodmon.ru/#graph481" onclick="window.open(this.href);return false;
График Ts-Ta
https://narodmon.ru/#graph7541" onclick="window.open(this.href);return false;
Последний график более информативен, по нему даже проще определить наличие облачности.
Ну и остальные данные с погодной станции
http://narodmon.ru/2396#" onclick="window.open(this.href);return false;
Хотелось бы услышать мнение уважаемых форумчан на этот счёт...
В этом месте принято кичиться своим скарбом...

Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 17945
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Контактная информация:

Re: Датчик облачности

Сообщение Ernest » 08 сен 2017, 14:10

Печальные графики. Ясное небо прорывается к нам так понемногу и так редко... :(

По существу, сказать нечего ввиду малого знакомства с темой.
Мне кажется, что:
  • Более узконаправленный датчик был бы лучше (минимально зависел бы от неизбежно попадающих в поле зрения посторонних предметов, а также грязного неба по над горизонтом)
  • Модель построенная только на двух параметрах не может не врать, но наверное можно попытаться получить для нее лучшие исходные данные
  • Интересно, а можно определять ясно или нет просто по цвету неба - ведь и днем, и ночью ясное небо синее (днем из-за Релеевского рассеивания, ночью из-за отсутствия отражения уличных фонарей).

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 08 сен 2017, 20:29

а как меряется Та?

Аватара пользователя
iNV
Сообщения: 99
Зарегистрирован: 22 ноя 2009, 23:40

Re: Датчик облачности

Сообщение iNV » 08 сен 2017, 22:07

Ernest писал(а):
  • Модель построенная только на двух параметрах не может не врать, но наверное можно попытаться получить для нее лучшие исходные данные
  • Интересно, а можно определять ясно или нет просто по цвету неба - ведь и днем, и ночью ясное небо синее (днем из-за Релеевского рассеивания, ночью из-за отсутствия отражения уличных фонарей).
Думаю данные о влажности и атмосферном давлении вряд ли помогут что-то улучшить. А вот цвет неба - над этим стоит подумать... Днём этой задачей мог бы справится датчик цвета, построенный на светофильтрах и фотодиодах. А вот ночью при слабой освещённости от фотодиода тока скорее всего не будет, нужен будет прибор посерьёзнее...
Перигелий Петрович писал(а):а как меряется Та?
На северной стороне дома в тени висит датчик температуры
В этом месте принято кичиться своим скарбом...

AnDom
Сообщения: 7876
Зарегистрирован: 07 июн 2012, 10:45

Re: Датчик облачности

Сообщение AnDom » 09 сен 2017, 10:02

А широкоугольная камера не решит эту задачу?
Александр.

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 09 сен 2017, 16:09

iNV писал(а):
Перигелий Петрович писал(а):а как меряется Та?
На северной стороне дома в тени висит датчик температуры
значит он температуру дома и измеряет )
метеорологи ставят термометры вот в такие будки http://www.meteovesti.ru/pictures/63374964237.jpg" onclick="window.open(this.href);return false;
http://meteoweb.narod.ru/spravki/temprtr.html" onclick="window.open(this.href);return false;

Аватара пользователя
iNV
Сообщения: 99
Зарегистрирован: 22 ноя 2009, 23:40

Re: Датчик облачности

Сообщение iNV » 09 сен 2017, 16:22

AnDom писал(а):А широкоугольная камера не решит эту задачу?
Это КМК будет из пушки по воробьям. Проще купить три ПЗС-датчика, как в SQMе, поставить три цветных и один ИК фильтр, и мерить цвет. сам по себе датчик из SQMа и так широкоугольный....
Перигелий Петрович писал(а):
iNV писал(а):
Перигелий Петрович писал(а):а как меряется Та?
На северной стороне дома в тени висит датчик температуры
значит он температуру дома и измеряет )
метеорологи ставят термометры вот в такие будки http://www.meteovesti.ru/pictures/63374964237.jpg" onclick="window.open(this.href);return false;
http://meteoweb.narod.ru/spravki/temprtr.html" onclick="window.open(this.href);return false;
Будка такая нужна для измерения на открытой местности. На северной стороне дома достаточно разместить датчик на высоте двух метров на кронштейне. Солнце на него никогда не попадет. Фон от дома даёт погрешность всего в полградуса даже в сильные морозы... Проверял... Ну ещё козырёк бы неплохо, чтобы не было радиационного переохлаждения в ясные ночи - второй (резервный) датчик температуры у меня висит под навесом хозблока. Разница в показаниях до градуса бывает только в ясные морозные ночи - навес все-таки защищает от переохлаждения...
В этом месте принято кичиться своим скарбом...

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 09 сен 2017, 18:31

iNV писал(а): Будка такая нужна для измерения на открытой местности.
она ещё и обдув термометра ограничивает. вроде бы 0.8м/с по стандарту.

по ссылкам из первого поста пишут про какой-то корректирующий коэффициент в зависимости от текущей температуры окружающей среды.
может его не хватает в формуле?

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 09 сен 2017, 20:58

полазил по алиэкспрессу и чудесных штук нашёл
VGA-камера за 150р к ардуине за те же 150р
https://www.aliexpress.com/item/Guarant ... 89090.html" onclick="window.open(this.href);return false;
за 200р добавить модуль GSM или вайфай. картинку передавать на комп и там уже анализировать как угодно.
ту да же можно прилепить всяких погодных датчиков копеечных.
такими дивайсами за 500р (+симка) можно утыкать всю ленобласть.

вот что камера такая показывает
https://youtu.be/ndMXmXKUYkY?t=1m17s" onclick="window.open(this.href);return false;

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 09 сен 2017, 23:37

а вот еще занятный цветной датчик
https://www.aliexpress.com/item/CJMCU-3 ... 11555.html" onclick="window.open(this.href);return false;
описание чипа
https://ams.com/jpn/content/download/31 ... _EN_v2.pdf" onclick="window.open(this.href);return false;
"Sensing with IR blocking filter
Programmable analog gain and integration time
3,800,000:1 dynamic range
Very high sensitivity - ideally
suited for operation behind
dark glass"
-

Перигелий Петрович
Сообщения: 837
Зарегистрирован: 31 мар 2017, 03:40

Re: Датчик облачности

Сообщение Перигелий Петрович » 12 сен 2017, 21:03

к вопросу об определении облачности по цвету.

раздербанил RAW-картинку в IRIS, вырезал 2 куска со статистикой и теперь ничего не понимаю )))
как так на чистом куске относительное кол-во синего получается меньше, чем на облачном?
по медиане и по среднему.

левый кусок
*** Red layer ***
Mean: 2115.2 Median: 2116
Sigma: 12.7
Maxi.: 3511.0 Mini.: 2058.0
*** Green layer ***
Mean: 2133.9 Median: 2131
Sigma: 13.8
Maxi.: 3832.0 Mini.: 2062.0
*** Blue layer ***
Mean: 2087.8 Median: 2087
Sigma: 10.4
Maxi.: 2904.0 Mini.: 2034.0


правый кусок
*** Red layer ***
Mean: 2106.0 Median: 2114
Sigma: 26.6
Maxi.: 3434.0 Mini.: 2030.0
*** Green layer ***
Mean: 2167.6 Median: 2174
Sigma: 44.9
Maxi.: 3434.0 Mini.: 2060.0
*** Blue layer ***
Mean: 2135.2 Median: 2136
Sigma: 26.6
Maxi.: 3434.0 Mini.: 2057.0
Вложения
source.jpg
source.jpg (42.99 КБ) 7748 просмотров

Аватара пользователя
iNV
Сообщения: 99
Зарегистрирован: 22 ноя 2009, 23:40

Re: Датчик облачности

Сообщение iNV » 15 мар 2018, 11:18

Рад сообщить, что наш коллега grnzucc запустил аналогичный моему датчик облачности во Всеволожске:
https://narodmon.ru/#graph28429" onclick="window.open(this.href);return false;
Сеть растёт - нас уже двое :D
В этом месте принято кичиться своим скарбом...

Ответить