地暉自動化望遠鏡系統之設計與製作｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	吳俊賢 Goh Chun Hsian
論文名稱：	地暉自動化望遠鏡系統之設計與製作 Automated TEN Telescope
指導教授：	周定一 Dean-Yi Chou
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 天文研究所 Institute of Astronomy
論文出版年：	2003
畢業學年度：	91
語文別：	中文
論文頁數：	64
中文關鍵詞：	月球、地暉、反照率、自動控制、望遠鏡
外文關鍵詞：	Moon, Earthshine, albedo, automated telescope
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隨著科技的日新月異，電腦在科學方面應用的普及，發展一套全或半自動化的望遠鏡儼然已經成為一種趨勢。本研究的目的旨在發展一套全自動化的望遠鏡系統來觀測地暉(Earthshine)，以期能減少所需的人力資源，並且提高效率以及適合長時間的觀測。地暉是地球反射太陽光至月球，使月球未受太陽光直接照射的區域亦可被看見的現象。透過觀測地暉，人們可以反推出地球的反照率(albedo)。我們將建立一個地面的自動化望遠鏡觀測網絡來測量地暉現象的強度(intensity)以研究地球反照率的變化，提供人們另一種瞭解全球氣候變化的方法。在本篇論文中，將會介紹整套自動化系統的軟硬體架構的設計原理與製作。硬體架構可以分為四大系統：望遠鏡系統，電腦系統，控制系統和監視系統。為了簡化周邊電路，我們選用可程控的微控制器(programmable micro-controller)作為整個控制的核心。軟體架構主要包含了硬體的控制程式以及觀測程式。

摘要..........................................................i
誌謝.........................................................ii

目錄........................................................iii

表目錄.......................................................vi

圖目錄......................................................vii

第一章 緒論

1.1 地暉現象與早期的觀測......................................1

1.2 反照率與有效溫度..........................................1

1.3 觀測方法..................................................2

1.4 台灣地暉觀測網絡(Taiwan Earthshine Network)...............3

1.5 自動化望遠鏡系統原型......................................3

第二章 硬體架構

2.1 望遠鏡系統................................................5

2.1.1 赤道儀..................................................5

2.1.2 望遠鏡光學系統..........................................6

2.1.3 旋轉台與平移台..........................................6

2.1.4 導星系統(Photo Detector)................................7

2.1.5 CCD.....................................................7

2.2 電腦系統..................................................7

2.2.1 作業系統................................................8

2.2.1.1系統時間校正的工具.....................................8

2.2.1.2 網頁伺服器............................................8

2.3 控制系統..................................................9

2.3.1 儀器電源...............................................10

2.3.2 開關控制...............................................10

2.3.3 控制電路...............................................10

2.3.3.1 PD放大電路...........................................10

2.3.3.2 控制電路.............................................12

2.3.3.3 電源電路.............................................13

2.3.4 微控制器...............................................13

2.3.4.1 DSP硬體簡介..........................................13

2.3.4.2 計時器，I/O接腳與外部中斷訊號........................14

2.3.4.2.1 General Purpose Timers.............................15

2.3.4.2.2 Programmable Interval Timers.......................15

2.3.4.2.3 I/O接腳與外部中斷訊號..............................16

2.3.4.3 除錯模式(debug mode)的設定...........................16

2.3.4.4 控制程式說明.........................................17

2.3.5 變頻器.................................................17

2.4 監視系統.................................................17

第三章 軟體架構

3.1 程式架構與設計...........................................18

3.2 程式敘述

3.2.1 Parallel Port CCD控制程式..............................18

3.2.2 DSP Serial Port daemon.................................19

3.2.3 DSP Serial Port debug..................................20

3.2.4 Parallel Port Power daemon.............................20

3.2.5計算月球中心程式........................................20

3.2.6 Astronomical Algorithms................................21

3.2.6.1 計算月球位置.........................................21

3.2.6.2 計算月球的亮緣方位角與月齡...........................22

3.2.7 觀測程式流程...........................................23

第四章 測試結果與討論........................................26

第五章 結論..................................................27

參考文獻.....................................................28

表目錄

表一  不同的月相夾角時相對於滿月的星等亮度(Magnitude)變化表..11

表二  586-Engine J2 I/O接腳定義表............................29

表三  586-Engine J4 I/O接腳定義表............................30

表四  586-Engine J5 I/O接腳定義表............................30

圖目錄

圖一  四象限PD示意圖.........................................11

圖二  系統方塊圖.............................................31

圖三  儀器電源與訊號控制.....................................32

圖四  IBM-PC Parallel Port Pinout............................33

圖五  Flow chart for ACTF operation..........................33

圖六  DSP指令格式............................................34

圖七  DSP主程式流程圖........................................35

圖八  DSP副程式(Command Parsing)流程圖.......................36

圖九  控制電路圖.............................................37

圖十  電源控制電路圖.........................................38

圖十一  變頻器接線圖.........................................39

圖十二  顯示觀測站各項相關資料的網頁界面圖...................40

圖十三  遠端控制儀器電源的網頁界面圖.........................41

圖十四  遠端上傳檔案的網頁界面圖.............................41

圖十五  觀測流程圖之一.......................................42

圖十六  觀測流程圖之二.......................................43

圖十七  經軸步進馬達的轉速隨月出、中天及月落時的速度變化圖...44

圖十八  緯軸步進馬達的轉速隨月出、中天及月落時的速度變化圖...45

圖十九  經軸步進馬達的轉速在2003年3月的連續變化圖............46

圖二十  緯軸步進馬達的轉速在2003年3月的連續變化圖............47

圖二十一  月球的視赤經座標在2003年3月的位置差變化圖..........48

圖二十二  月球的視赤緯座標在2003年3月的位置差變化圖..........49

圖二十三  月球的赤經座標在2003年3月的位置變化圖..............50

圖二十四  月球的視赤經座標在2003年3月的位置變化圖............51

圖二十五  月球的赤緯座標在2003年3月的位置變化圖..............52

圖二十六  月球的視赤緯座標在2003年3月的位置變化圖............53

圖二十七  利用Edge detection方法所找出的月球邊界點圖.........54

圖二十八  從月球影像所決定出的月球中心與半徑圖...............55

圖二十九  (測試結果)月球在東西向(經軸)的中心位置與影像中心的偏移

          ...................................................56

圖三十    (測試結果)月球在南北向(緯軸)的中心位置與影像中心的偏移

 ....................................................56

黃騰誼, 1994, 清華大學物理所純物組碩士論文, 日震觀測系統之設計與
製作.
Allen, C.W., 1972, Astrophysical Quantities, Third edition,
The Athlone Press, London.
Chou, D.Y., and Sun, M.T., 2003, Earthshine measurements with
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Goode, P.R., Qui, J., Yurchyshyn, V., Hickey, J., Chu, M.-C.,
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Flatte, S., Koonin, S., and MacDonald, G., 1991, Global Change
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Koonin, S.E., Kolbe, E., and Chu M.-C., 1991, Earthshine and
the Earth’s Albedo. Submitted to J. Geophysical Review.
Meeus, J., 1998, Astronomical Algorithms, Second edition,
Willmann-Bell, Inc., USA.

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