SQM (s procesorem STM32F411)


Levnější a funkčně více vybavená náhrada za profesionální měřič kvality oblohy od Unihedronu postavená na procesoru STM32F411CEU
s využitím modulu pro měření jasu TSL2591.
Vychází z předchozí verze amatérského SQM s procesorem STM32F103, který však již nedostačoval svým výkonem.


Poslední verze amatérského SQM




Vnitřek SQM


Obsah




Úvod

Toto SQM je plánované pro  použití dvěma základními způsoby

1) Ruční přístroj
   - s displejem a tlačítky, napájený baterií, s osazenou vnitřní GPS deskou - viz úvodní foto.

2) Trvale nainstalovaný přístroj
   - místo displeje jen signalizační LED, s dálkovou komunikací RS485 včetně napájení po komunikačním kabelu.
V tomto případě by ale musela být předělána mechanika a provedena nějaká ochrana proti počasí.

Každou z verzí je možné ještě přizpůsobovat konkrétním potřebám.
Konfigurátor požadovaných rozšíření, který automaticky vytvoří výrobní dokumentaci ma míru, je zde: konfigurátor.

Základem obou verzí je procesor  STM32F411 (nebo F401) na desce "BlackPill".

O USB komunikaci se stará čínský převodník CH340G.

Napájení je řešeno přes Step-Down měnič AP1501, který z čehokoliv mezi 4V až 30V vytvoří hlavní napájecí napětí 3,3V.

Přídavný (nepovinný) GPS modul je řízený přes svůj vlastní procesor ATmega328 (kvůli napájení 3,3V je podtaktovaný na 4MHz)
 a s hlavním procesorem STM32 komunikuje přes I2C.





Funkce

V následujícím odstavci je uveden seznam funkcí (zeleně označené jsou nové funkce, které nebyly v předchozí verzi s procesorem STM32F103 dostupné).


 - vestavěné hodiny (RTC na desce BluePill)  - vytvořil jsem pro RTC funkci "autokalibrace", která podle dvou posledních přesných nastavení času určí, jakým směrem se vnitřní hodiny rozcházejí a z toho pak bude po vypočteném intervalu automaticky přidávat nebo ubírat sekundu

 - ukládání naměřených hodnot do paměti EEPROM (I2C - 128kB).
 Podle počtu dalších ukládaných parametrů (teplota, tlak,vlhkost, GPS, detailní informace o světle) se do EEPROM  vejde asi 3500 až 16000 záznamů

 - možnost ukládání hodnot na přídavnou mikro SD kartu v čitelném textovém CSV formátu (možnost definice oddělovačů)

 - SQM dokáže komunikovat pomocí běžného protokolu modbus-RTU.
      Transfer list je tady: modbus_tl_411.xls.
      Vyžaduje mírně upravenou komunikační knihovnu.

 - místní komunikace a nastavování hlubších parametrů přes USB (CH340G)

 - volitelné automatické měření po nastaveném časovém intervalu (třeba každých 10 minut)

 - přímo v terénu je možné listovat ve starých záznamech a nastavovat některé parametry přístroje
      (automatické spouštění, počet průměrování, datum a čas ...)

 - testování stability měřeného světla se zvukovou signalizací nestabilního měření

 - společně se záznamem světla je možné ukládat i teplotu, vlhkost a tlak (modul BME280),
     nebo jen vlhkost a teplotu, nebo třeba nic z toho

 - přídavný GPS modul k záznamu přidá i souřadnice pozorovacího místa. Bez GPS je možné ručně vybrat jedno z 5 přednastavených stanovišť

 - GPS signál se používá i pro přesné nastavení vnitřních hodin (hodiny se dají nastavit i přes komunikaci, nebo pomocí tlačítek)

 - kalibrace měření světla pomocí 15-bodové kalibrační tabulky (editovatelná přes USB koumunikaci)

 - kalibrace měření teploty se provádí podobně (pro teplotu má kalibrační tabulka jen 7 bodů)

 - funkce "stopky"
      (vzhledem k časové náročnosti spuštěné stopky vypínají všechny ostatní funkce, jako je komunikace, nebo automatické měření)

 - funkce pro záznam rychlé časové značky (i při vypnutém napájení)

 - napájení 9V baterií, nebo zdrojem 4V až 30V (nebo přes USB)
      se signalizací stavu baterie (od verze 2023-04-15 i zobrazení napětí baterie)

 - jednoduchá červená lampička s regulovatelným jasem světla pro noční pozorování

 - obsahuje i funkci vodováhy a přidávání informace o aktuálním náklonu ke zaždému záznamu. (Je nutno připojit náklonoměr LSM303)

 - doplněny výpočty poloh Slunce a Měsíce. Přes menu jsou polohy zobrazitelné na displeji. Aktuální elevace je možné připojovat ke každému záznamu.

 - nový procesor umožnil přidat i další astronomické výpočty
      (polohy a osvětlení planet, elongace, soumraky a délky trvání astronomické noci pro pozorovací stanoviště, ...)


 - součástí astronomických výpočtů je jednoduchý simulátor, který v sériové lince vypisuje výpočty planet Slunce a Měsíce pro zadaný časový interval

 - s novým procesorem je možné nastavit až 5 budíků a jeden odpočtový alarm, při kterém začne SQM pípat
     (Při osazení několika dalších součástek se SQM probudí dokonce i při vypnutém hlavním vypínači)


 - protože už je v menu hodně položek, je možné nepoužívané položky v menu vypínat
     (změny je možné provádět i terénu speciálním hmatem - popsáno v návodu)

 - luxmetr (rychlejší měření vyšších jasů)

 - s modulem LSM303DLHC je možné zaznamenávat i azimut měření
      (v novém procesoru je vylepšené průměrování azimutu)

 - při použití modulu LSM303DLHC je možné zadat rovníkové souřadnice objektu (Ra - Dec), které se přepočtou na místní azimut a elevaci

 - SQM dokáže omezeně komunikovat s programem Unihedron Device Manager, ve kterém jsou pak vidět grafy světla a teploty.

 - při použití GPS modulu dokáže zaznamenávat souřadnice do trasovacího GPX souboru, který se pak dá zobrazit na mapovém podkladu (např. mapy.cz)

 - testovací podprogramy pro ověření HW funkcí jsou nyní součástí hlavního programu, takže jsou k dispozici kdykoli

 - většinu souborů, které se nachází na SD kartě, je možné stáhnout přes USB takže se nemusí karta neustále vytahovat z SQM a strkat do čtečky.

 - funkce Alarm for Darkness (AfD) umožňuje signalizovat, když hodnota jasu poklesne pod nastavenou úroveň (když se setmí)

 - při osazení RGB LED je možné jednotlivé signalizační funkce vypínat

 - podobně je možné vypínat i zvukovou signalizaci

 - Přímo v terénu je možné na displeji zobrazovat jen infra složku měřeného světla

 - program je připraven na další 4 měřené veličiny, které se mohou přidávat ke každému záznamu (vítr, sníh ...)
      (zatím jsou označené jako "rezervy" a nejsou použité, ale jejich zprovoznění už by bylo snadné)

 - připravil jsem i program pro PC, který s SQM komunikuje uživatelsky jednodušším způsobem přes USB (stahování dat do tabulek, nastavování ...)




Ke stažení

Poslední aktualizace hlavního programu: 11.1.2025 (verze_sw_sqm.txt)
Poslední aktualizace programu pro GPS: 30.12.2024 (verze_sw_gps.txt)

Software Poslední verze zdrojových kódů programů pro Arduino IDE včetně balíku použitých knihoven.
Návody Poslední verze návodů k použití, výrobě a uživatelských úprav programu.
Zbytky Různé drobnosti, které nebylo kam zařadit
(kalibrační tabulka, generátor fontů pro 7-segmentový displej, transfer list pro modbus ...)
WebConfig Webový konfigurátor pro tvorbu dokumentace volitelných verzí a rozšíření SQM.
Součástí vytvořené dokumentace je i schéma, rozpisky, popisy úprav programu, plošný spoj a podklady pro 3D tisk krabičky.
Dokumentace obsahuje také nějaké detailní fotografie, poznámky a náčrtky, které by se mohly při výrobě hodit.






Schémata

Schéma základní desky

Schéma displejové desky

Schéma GPS desky







úvodní strana webu AstroMiK.org

poslední úprava stránky 11.1.2025