Le détecteur de nuages plus précisément un détecteur de rayonnement IR, est un élément indispensable de surveillance du ciel.
C’est un des outils complémentaire dans un observatoire avec une caméra Allsky, et une station météo plus ou moins fournies en capteurs.
Pour résumer rapidement ce détecteur mesure la température infra-rouge au sol et la température infra-rouge du ciel. Les nuages étant des réflecteurs de rayonnement infra-rouge on retrouvera des températures élevées en altitude lors de passages nuageux et des mesures de température basses en cas de ciel clair, puisque tout le rayonnement infra-rouge terrestre émis vers le ciel s’échappe dans l’espace en l’absence de nuages. La différence entre ces deux mesures donne un indicateur assez fiable après calibration , de la couverture nuageuse locale (plus la différence est faible plus le site est couvert ). Avec un visuel par camera Allsky on peut grandement sécuriser le matériel aux regards des intempéries. L’automatisation d’un abri / dôme intégrale nécessite plus de capteurs (pluie, vent, luminosité) mais ce n’est pas le sujet ici.
Le capteur :
J’ai utilisé le MLX90614, c’est un capteur pas trop cher, fiable et l’intégration est assez simple avec une carte arduino ou un ESP. Il existe sous plusieurs formes préférez un breakout c’est à dire avec une petite carte avec capteur déjà monté.
La transmission des données :
Rien n’est fiable en électronique/informatique, les tâches sont donc subdivisées en plusieurs niveaux afin de pouvoir gérer les pannes éventuelles rapidement. Arduino gère la partie récupération des données du capteur (conversion analogique), transmises par liaison sérielle à un Raspberry PI.
Traitement des données : un programme Python traite les données sur la liaison sérielle. Il s’affranchit de quelques effets de bord dans les mesures, il injecte les données dans une base de données (SQLite) à intervalle paramétrable. La date, données IR , Delta T° sont stockées. Il génère aussi un fichier JSON complémentaire avec un critère « Safe » ou « Unsafe » calculé permettant des opérations de fermeture de toit et de Park du télescope. Une petite carte type Raspberry Pi ou TinkerBoard fait très bien le job et héberge tout cela.
Extrait du code JSON généré
{"date":"2020-05-10 10:09:51","ambient":21.35,"object":15.01,"status":"Unsafe","cover":"100"}
Affichage et interprétation : un Raspberry Pi / une TinkerBoard gère un micro serveur web qui permet de visualiser un graphique de manière dynamique, ainsi que les données brutes instantanées. Le langage PHP est d’une grande aide pour mettre en forme rapidement ce genre de monitoring. En pratique un Delta T° calculé > 15° en été est signe de beau temps. La variable est ajustée en fonction de la saison. Je ne détaille pas tout, mais en récupérant la date vers un serveur de temps on peut ajuster le programme à la saison.
Montage :
- un boitier étanche indispensable,
- un câble blindé type réseau informatique.
- éventuellement un système de chauffage désembuage du capteur que j’ai jugé non utile pour mon usage.
Le capteur est incliné de 30 à 40° ce qui permet d’évacuer plus facilement la pluie ou diverses gouttelettes de la surface.
J’ai utilisé du manchon PVC avec bouchon vissant à joint toriques de 40 mm de diamètre, un trou de 8 mm où le capteur rentre parfaitement bien sans jeu avec une colle silicone d’étanchéité. Bien sûr ce n’est pas d’une esthétique folle mais c’est durable et fonctionnel. Le câble de liaison passe lui aussi par un presse-étoupe étanche.
Coût :
Un clone d’une carte Arduino nano coûte 7$, un RPI ou une TinkerBoard dans les 30$. Je vous laisse juger du prix de revient général.
Chronophage :
La réponse est oui ! Pour la partie développement surtout.
Logiciel :
Partie la plus chronophage, j’ai choisi la solution d’export des données en JSON. De ce fait je peux récupérer mes données en local ou en distant par des requêtes sur le réseau. Le « mlx » transmet des données toutes les 30s
Driver ASCOM :
Afin d’automatiser un peu mon abri astro j’ai réalisé un driver ASCOM pour la surveillance : un SafetyMonitor.
Dès lors je peux récupérer l’état du ciel : safe ou unsafe et un logiciel comme Sequence Generator ou Maxim peuvent accéder aux données. Les logiciels sont capables avec cette variable de déclencher des actions comme le park du télescope la fermeture du toit etc …
Voici le driver ASCOM ci dessous :
Liens :
Le site de Chris Ramsay très documenté en anglais mais un vrai boulot d’ ingénierie.