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ABSTRACT
Fin da giovane, il mio interesse per la meccanica, l’elettronica e l’ingegneria, è cresciuto di pari passo con la mia inesausta curiosità di capire il funzionamento delle cose, smontando e rimontando – per la gioia dei miei genitori – ogni sorta di oggetto che mi capitasse tra le mani: un approccio sperimentale, un’attitudine alimentata dall’ammirazione che nutrivo per mio nonno e per la sua “arte di arrangiarsi”. Oggi abbiamo la fortuna di avere l’accesso gratuito ad una quantità di informazioni e risorse praticamente illimitate, possiamo costruire e creare qualcosa partendo quasi da zero e tutto è diventato molto più facile, a patto di sapere dove e cosa cercare. In queste pagine vi racconterò l’ avventura che ha portato alla creazione di questo mio SDM (Sky Darkness Meter), o “Buiometro” per gli amici, esplorando le idee, le sfide affrontate, le soluzioni adottate sia per lo strumento sia per cercare di prendere sonno la notte senza pensarci troppo.Perché costruire un “SDM”?
Risposta breve: per curiosità. Risposta non ufficiale: perché ritengo che l’unica alternativa simile disponibile sul mercato, seppure affidabile, sia ormai un po’ obsoleta, oltre che non particolarmente economica. Confesso che da quando ho iniziato a fare osservazione e poi astrofotografia ho desiderato avere un qualcosa che, più che dare un valore “assoluto” alle condizioni di buio del cielo, mi permettesse di fare confronti fra le diverse situazioni… fidarmi del buon vecchio “occhio” non mi bastava più. Ho trovato molti spunti in rete, nessuno dei quali mi ha mai convinto fino in fondo: progetti pronti, smart, molto articolati e ben fatti, nei quali però ho sempre trovato qualche pecca: errori di conversione fra le grandezze, superficialità nelle misure, scarsa ripetibilità, algoritmi poco convincenti. Da qui la decisione di tentare – per l’ennesima volta – la più impegnativa strada dell’autocostruzione.Un po’ di teoria
L’acronimo comunemente utilizzato, “Sky Quality Meter“, potrebbe fuorviare: il valore SQM rappresenta la luminanza del cielo in mag/arcsec^2 (o MPSAS, Magnitude Per Square Arc Second), e varia da 16.00 per i cieli più chiari a 22.00 per quelli più bui. Questo numero non riflette direttamente la qualità del cielo e, oltre a non essere propriamente definibile una grandezza in senso stretto, è influenzato da vari fattori come la trasparenza o il seeing; semplicemente fornisce un’indicazione di “quanto è buio” l’angolo di cielo che misuriamo, da qui la scelta del nome Sky Darkness Meter. Non esistendo sensori in grado di rilevare direttamente l’oscurità del cielo, si deriva la misura semplicemente valutandone la luminosità attraverso un piccolo miracolo dell’optoelettronica.Il sensore
I primi test e prototipi
L’ARTICOLO COMPLETO è riservato agli abbonati alla versione digitale. Per sottoscrivere l’abbonamento Clicca qui. Se sei già abbonato accedi al tuo account dall’Area Riservata [swpm_protected for=”3″] Una volta compresa la teoria mi son dedicato alla scrittura del primo firmware utilizzando quella che ritengo sia, per flessibilità e semplicità di programmazione, una delle migliori piattaforme di sviluppo che abbiamo a disposizione: Arduino. Mi è bastato collegare il sensore TSL237 e, grazie a poche righe di codice, ho cominciato a fare i primi test di lettura che – a dirla tutta – inizialmente non sono stati particolarmente incoraggianti è hanno dato vita un calvario fatto di codice, circuiti di prova su breadboard, librerie di ogni tipo per la misura della frequenza, alla ricerca di una caratteristica per me fondamentale: la ripetibilità dei risultati. La scelta di affidarmi a librerie preconfezionate per la misura di frequenze non si è rivelata del tutto (con)vincente, e proprio quando stavo per gettare la spugna ho deciso di utilizzare una scrittura di codice a più basso livello per avere risultati più attendibili. Dopo settimane di prove e verifiche incrociate con l’oscilloscopio ho finalmente raggiunto dei risultati validi e ho potuto così iniziare la parte di ottimizzazione e sviluppo vero e proprio dell’oggetto.La “scatoletta”
Funzionamento e utilizzo
Oltre al calcolo del valore SQM ho deciso di integrare nel firmware delle funzioni per fornire una stima numerica e grafica della scala Bortle e della cosiddetta NELM, la magnitudine limite visibile a occhio nudo in quelle specifiche condizioni di luminosità del cielo. Per avviare la misurazione basta puntare lo strumento allo Zenith e premere il pulsante: il display attenua la luminosità e mostra una barra di avanzamento che indica il progresso della misura, dopodiché appaiono in sequenza le informazioni elencate in precedenza. Con mia grande soddisfazione ho appurato che la ripetibilità di più risultati acquisiti in sequenza rientra sempre, nei casi peggiori, entro un range di 0.03-0,04 MPSAS, superando di gran lunga le mie aspettative. Una routine particolare che ho sviluppato, resa più complessa dalla necessità di gestire tutte le operazioni attraverso un singolo pulsante, mi permette la messa a punto dello strumento senza l’ausilio di un computer, confrontandolo sul campo con altri strumenti SQM calibrati.
EasyEda e i primi esperimenti con i PCB
Quella che mi sembrava la soluzione “perfetta” e definitiva ha da subito mostrato i propri limiti nel momento in cui alcuni amici astrofili mi hanno chiesto delle copie dello strumento: troppe saldature, troppi potenziali errori, troppe lavorazioni da fare, troppo tempo…mi serviva qualcosa di più affidabile e “snello” dal punto di vista elettronico, e così mi sono addentrato nel mondo della progettazione elettronica di PCB.
La decisione di passare dalla realizzazione artigianale delle scatolette al design di un PCB (Printed Circuit Board) è stata un passo significativo nella mia avventura di costruzione del “Buiometro”. Questo cambiamento ha reso il progetto più efficiente, riducendo il rischio di errori e aumentando la ripetibilità della produzione. Il PCB offre numerosi vantaggi rispetto alle soluzioni artigianali, uno su tutti la possibilità di integrare tutti i componenti elettronici in un unico substrato, riducendo il numero di connessioni e potenziali punti di errore.
Per la realizzazione del PCB ho utilizzato un software di progettazione on-line totalmente gratuito, EasyEDA, con il quale ho disegnato i primi schemi elettrici, con l’idea di limitare il più possibile il numero di componenti necessari. Uno dei punti chiave è stato scegliere di utilizzare solo il “cuore” di Arduino, il processore Atmega328P-AU, facendolo funzionare con il proprio clock interno a 8Mhz senza la necessità di molti altri componenti esterni (in gergo: in modalità stand-alone). Successivamente, ho tradotto lo schema in un layout del PCB, posizionando ciascun componente per massimizzare l’efficienza e la compattezza. Dopo la fase di progettazione ho ordinato i prototipi da un produttore specializzato: la precisione e la qualità del PCB hanno reso il processo di assemblaggio molto più agevole rispetto alle versioni precedenti basate su assemblaggi artigianali. Fine dell’avventura, penserete…e lo pensavo anch’io, ma poi ho cominciato a covare l’idea di realizzare qualcosa di totalmente diverso e in un certo senso speciale.
Il nuovo design
