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アナレンマの作画状況、2017年春分の日

 太陽電池の電圧から日の出、日の入り時刻を求め、太陽のアナレンマを描くことを試みています。この取り組みを始めたのが冬至の少し前で、それから3ケ月ちょっと過ぎて、ついに春分の日を迎えました。春分の日は地球の公転軌道の中間点なので、アナレンマにとっても重要なタイミングになります。

 とういうことで、現在のアナレンマの作画状況について見てみます。なお、アナレンマを作図する取り組みについては、
アナレンマを描く のカテゴリ にまとめています。興味のある方はご覧ください。

▼春分の日のアナレンマの作画状況
Ambientにプロット中のアナレンマ
 これはAmbientに描いているグラフです。左上から順に、日の出時刻、日の入り時刻、昼の長さ、南中時刻で、一番下がアナレンマのグラフになっています。

 同じデーターをローカルのPCのEXCELにもプロットしていますが、アナレンマのグラフは次のようになっています。

▼EXCELのグラフで書いたアナレンマ
アナレンマ
 スケールなどが細かく指定出来るので見易くなっています。(前半の一部のデーターはAmbientのグラフにはありません)

 ばらついていますが、下から反時計回りにプロットが進んでいて、現在は時計の1時の方向あたりです。ここまで3ケ月かかりましたが、だいぶアナレンマの図らしくなってきたと思います。とは言っても、この図をいきなり見た人はあまりピンと来ないと思います。そこで、

▼理論値との比較
理論値との比較
 青の点は実測値で、一つ上のグラフと同じデーターです。赤い点は天文台の暦のページで公開されている日の出、日の入り時刻から作図したアナレンマで、いわば理論値です。なお、この理論値のデータで書いたグラフもAmbientに公開しています。

 ともかく1年間プロットを続ければ、八の字のアナレンマの形が現われるはずです。

 理論値に対して実測値が右上にずれていますが、この理由は、
1) 太陽が地平線の下にあっても、空はもう(まだ)明るいので、昼の長さは暦のページより長くなる。つまりグラフは上にずれる。
2) 観測場所が西に開けた地形になっているので日没時刻が遅くなり、その結果南中時刻が遅くなってグラフが右にずれる。
 今思い付くのはこんなところです。

◆まとめ
 この先アナレンマはしばらく左上に進んで、その後小さく時計回りに弧を描くはずです。弧がてっぺんに到達するのは夏至の頃になるはずですが、その時にまたこのブログで振り返ってみたいと思います。八の字の上の丸がうまく表現できるかどうかが最大の関心事です。

 あと、この図を記録するためにはいろんな仕掛けが動いています。私が作ったのはそのほんの一部で、残りは社会インフラだったりボランティアの方が提供してくださっているサービスだったりします。そういうハードやソフトたちが無事に動き続けてくれることに感謝しないといけないです。

日の出、日の入り時刻からアナレンマを描く(ソフト改良)

 Ambientへアナレンマのグラフを描く話の続編です。ハードを作り直した時にソフトもかなり修正したので、その内容についてまとめておきます。

 アナレンマを描くための情報としては、日の出時刻(t1)と日の入り時刻(t2)が必要で、この値から昼の長さと南中時刻を計算で求め、Ambientに送っています。データーの送信は日の入り検出後、つまりその日の t2 が判ってから行っていました。ということで、1日に一点のプロットを行っていました。この状態では一年間に365個の点がプロットされるので、散布図としては悪くないデーター量だと思います。

 ただこのやり方だと夜が明けて日の出時刻 (t1) が確定していても、実際にグラフにプロットされるのはその日の夕方になるので、タイムラグが大きくてあまり面白くありません。もちろん日の入り時刻が決まっていないのでアナレンマのグラフは書けないのですが、せめて日の出時刻くらいはプロットしておきたいところです。

 そんなことを思っているうちに、次のように考えることで、日の出を検出した時にも昼の長さと南中時刻を決定出来ることに気付きました。

▼夜のデータから昼の長さと南中時刻を求める
南中、北中、計算式
 この図で言いたいのは、夜の中心は北中時刻なので、その反対側(0.5日前)は南中時刻になります。また一日の長さから夜の長さを引けば昼の長さを求めることが出来ます。こうすることで、日の出時刻(t1)と前日の日の入り時刻(t2)のペアからもアナレンマのプロットを行うことがが可能となります。とは言っても、北中時刻なんてのを持ち出してみても、式を変形していくと結局は同じ計算式になっています。

 ちなみに、こんなややこしいことを考えなくても、昨日と今日で日の出/日の入り時刻は大きく変わらないので、t1とt2のペアを順に作り計算すればOK、と考えることが出来ます。というか、この考え方の方が判り易いです。

 新しいソフトではこういう考え方でアナレンマの作図データーを作っています。実際にAmbientに送信したデータは以下のようになっています。

▼Ambientに送ったデーター (EXCELで編集)
Ambientへアップロードしたデーター
 これは送ったデーターをダウンロードしたものの一部です。ダウンロードしてローカルに保存出来るので Ambient に万一のことがあっても(失礼、、)安心です。d2からd5には1日を1.0とした時刻の値が入っていますが、この表でそれを hh:mm:ss に変換しています。

 一行毎に日の出、日の入り時刻が入り、その後ろにアナレンマの作図に必要なデーターが続きます。なお、最初の行は起動後最初の朝で、前日の夜の値 (t2) が無いので、アナレンマの作図に必要なデーターは空欄になっています。日の入りから始めた場合も同じようなデーターになります。

 ということで、1月26日から新しいプログラムに切り替えました。この変更でグラフのプロット数が倍になるので、天候の影響などの外乱に強くなると思います。また、システムの停止などがあった場合でも、影響は最小限になると思います。なにより、朝起きてグラフを見ると、その日の夜明け時刻が既にプロットされているので嬉しいです。

 新しいスケッチ:_20170125_AnaLtest-IP28_final_BLOGはこちら 拡張子をinoに変更。これ以外に Ambient.h と Ambient.cppが必要です。

▼現在の作図状況(2017年2月2日現在)
Ambient 20170202

 左下がアナレンマのグラフです。プロットがばらついていますが、下の方の冬至の位置から右上方向に弧を描いてプロットが動いています。このあたりは、アナレンマの8の字の底の部分の右半分あたりになるはずです。なお、太陽を撮影した本物のアナレンマはこの図と左右逆なのでご注意ください。

 他のグラフ以外を見ると、日の出/日の入り時刻の変化の傾向がはっきりと判るようになってきました。1年分のグラフが完成すればもっと面白いものになるはずなので、今から楽しみです。
 なお、最新のグラフはこちら→「アナレンマを描く試み (チャネルID: 200)」

 この状態でずっと動かしておいて、適当な節目でこのブログで紹介したいと思います。最後になりましたが、Ambient という便利で優れた仕掛けを提供していただいている開発者の下島健彦さんに感謝します。

 アナレンマ関連の記事は「アナレンマを描く」のカテゴリにまとめています。興味のある方はご覧ください。

日の出、日の入り時刻からアナレンマを描く(ケース製作)

 久しぶりのアナレンマの話です。前回の記事でプリント基板を製作しましたが、長期間安定して動かすためにはやはり基板をケースに入れた方が安心です。

 ということで簡単なケースを作りました。途中の写真は撮っていないのでいきなり完成写真です。

▼ケース完成
ケース入れ完成
 ケースは秋月のポリカーボネートケース 117-中を使いました。ポリカーボネートなので丈夫だし、スチロールのように加工中に割れたりしないので、安心して作業出来ます。

▼フタを開けた状態
フタを取る
 密閉だとちょっと心配なので、側面に通気用の穴を開けました。消費電力は全部で0.5Wくらいなので通気しなくても大丈夫とは思いますが、念のためです。たぶん、このくらいの通気口は無いよりマシな程度だと思います。

▼鉄(銅)格子
鉄(銅)格子
 ソケットやアダプタ基板を積み上げた影響でESP8266のモジュールの実装高さがかなり高くなってしまい、ケースのフタに干渉するようになってしまいました。そこでフタに角穴を開けて逃げています。ESP8266のモジュールは少し暖かくなるので、何か放熱の工夫が必要と思っていたのですが、外気に直接触れるようになったので、かえって良かったです。

 ただ、ここに何かぶつけると怖いので、この写真のようにプロテクターを付けました。この鉄格子のような物は1.6mmの銅線をはんだ付けして作り、ケースにホットボンドで固定しています。正確には鉄格子ではなく銅格子なんですが、日本語にそんな単語は無いか。ともかく、この格子が外観のアクセントになり、ただ者では無い雰囲気を醸してくれるので気に入ってます。

▼基板
内部の基板
 秋月のC基板ですが、サイズ的にこのケースとの相性が良いです。プラビスを裏から入れて、基板の取り付けスペーサー代わりにナットを一枚入れ、その上に基板を取り付けてナット締めしています。なお、この基板の製作記事はこちら。

▼裏側
配線面
 配線が丸見えになっちゃってます。こんなことならもっとかっこ良く配線しておけば良かったです。

◆まとめ
 これで安心して運転できるようになりました。このユニットはどこかの隅に押し込んでおいても大丈夫です。

 実はソフトも新しいものに入れ替えていて、昨夜(1月25日の夜)からこの基板と新ソフトでAmbientへデーターを送っています。基板は変わりましたが、Ambientのチャンネルは従来通りで、旧データーを継承する形で運転しています。興味のある方は下記をご覧下さい。開始から1月以上経過したので、だいぶグラフが面白くなっています。
 アナレンマを描く試みソーラーパネル電圧

 なお、新ソフトについては別途解説記事を書く予定です。というか、自分用の忘備録なんですが、
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