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基于 Arduino Due 的望远镜设计

发布时间:2021-10-02
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基于 Arduino Due 的望远镜设计

发布时间:2021-10-02
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世界上第一个独立的基于 ARDUINO 的望远镜控制 GOTO。

最初的想法是创建廉价且易于构建的商用 GOTO 手持控制器的替代品,但以一种更好、功能丰富的方式。系统的核心是 rDUINOScope 软件,大约 2500 行,控制所有硬件组件并处理与外部设备(Stellarium、SkySafari 等)的通信。

rDUINOScope 是一个独立的设备!另一方面,目前可用的开源望远镜 GOTO 要么使用耗电量大的树莓派,要么使用 Arduino 作为计算机、智能手机或平板电脑的扩展。rDUINOScope 两者都可以!

rDUINOScope是一个开源的、基于 Arduino Due 的望远镜控制系统 (GOTO)。作为独立系统,rDUINOScope 不需要 PC、平板电脑或手机,也不需要 Internet 连接来操作和提供令人惊叹的视图!但是它确实支持蓝牙和LX200协议来连接和被智能设备控制!

rDUINOScope 使用具有最佳~250 个恒星物体(梅西耶和隐藏宝藏目录)和 200 颗恒星的数据库,计算它们在天空中的位置并指向望远镜。实施的对准程序允许在旋转到选定对象时获得“始终在目镜中”的体验,并且一旦对象在目镜中,系统就会继续跟踪它。

功能:

  • 最好的~250 个恒星对象数据库 - 梅西耶天体和隐藏的宝藏;
  • 来自北半球和南半球的 200 颗最亮的星星;
  • 通过蓝牙与 Stellarium、SkySafari 5 和 PC 配合使用;
  • 计算本地恒星时间和时角并指向望远镜;
  • 半球独立——在地球的两边工作;
  • 自动跟踪、自动子午线翻转、物体低于地平线时自动停止;
  • 每次观察都会保存“观察日志”,包括温度、位置等
  • 支持蓝牙指令,基于 MEADE LX200 协议;
  • 独立操作...或/和...计算机/平板电脑辅助操作;
  • 通过“#rDUINO Controller”软件和蓝牙完成NGC和IC目录;
  • 花式操纵杆多速手动控制;
  • 屏幕的日/夜操作模式;
  • “始终在目镜中”体验的精确和快速对准方法;

rDUINO SCOPE的内部结构

  • Arduino DUE 微控制器板 (~ 500mA) ;
  • TFT 触摸屏(240 x 400 像素);
  • PS2 操纵杆;
  • GPS uBlox Neo 6M - GPS 模块;
  • DRV8825 - 能够通过 2A 电流的步进电机驱动器;
  • HC-05 - 作为“主”工作的蓝牙模块;
  • 用于声音警报的 PCB 安装蜂鸣器;
  • RTC DS3231 - 即使断开电源也能存储日期和时间的时钟;
  • DHT22 - 温度和湿度传感器,用于在观察过程中显示和记录环境变量;

该项目解决的挑战:
每个业余天文学家都知道从业余爱好开始寻找要观察的物体的麻烦。人们需要克服陡峭的学习曲线,这使得大多数人在几次不成功的尝试后就放弃了。为了克服这个障碍,望远镜制造商想出了将望远镜计算机化并使其成为 GOTO 望远镜的想法。只需按下一个按钮……瞧——猎户座大星云就在目镜中!

不幸的是,那些计算机化 (GOTO) 望远镜是专有的,并且在您已经为管和光学器件花费的欧元/美元之上还相当昂贵。您不能简单地购买最便宜的 GOTO 并将其安装在您的安装座上,因为它们是特定于每个望远镜的。也许您购买了一个旧的安装架,然后发现 GOTO 不再支持它……或者现有的 GOTO 保持高价!

然而,如果您决定购买一个新的闪亮的 GOTO 望远镜,您会惊讶地发现它们中的大多数都是旧的,像手持设备一样功能手机,最重要的是,所有的好东西都是单独出售的,例如:

  • 没有图形屏幕或触摸屏;
  • GPS 单独出售或手动输入坐标;
  • 与 PC 或蓝牙设备的连接单独出售;
  • 要使用您的智能手机应用程序,您需要购买额外的硬件;
  • 无法与您最喜爱的社交媒体分享您的观察结果,

它是一个开源软件和硬件,这意味着它是免费的。我希望它比你在市场上能买到的更好,所以我实现了一个丰富的图形屏幕,带有触摸输入、恒星地图界面、带有恒星对象的数据库、内置蓝牙、GPS 和实时时钟,功能列表如下继续!rDUINOScope 还允许您使用您最喜欢的天文馆软件(Stellarium、Sky Safari 等)来控制您的望远镜。

rDUINOScope 是一个独立的设备!这意味着您的望远镜只需要一个小巧的随身携带包,而不会影响功能。有时将 PC 带到您的观察地点(可能是数英里之外)或在沙漠中,并不是一个明智的主意。耗尽手机电池以允许 GOTO 功能也增加了一些不必要的风险,这就是独立 rDUINOScope 的亮点!两者都可以!

该项目的前景与潜力:

这些设备非常实惠,因此将在望远镜制造中创造一个规范——每个望远镜都将有 GOTO 以减轻新的业余天文学家的负担在他们的追求中!我希望如果你要买一个GOTO望远镜,你至少会收到完整的包裹(GPS,蓝牙触摸屏等)。这个爱好需要改变!

最好的部分是因为 rDUINOScope 是一个开源软件和硬件,它在世界各地催生了改进它的项目!这样的项目是瑞士制造的硬件,可以免去您自己构建的麻烦,仅组件的成本更低(链接在页面顶部)。

构建项目:

通常 Arduino 程序有 2 个部分 - SETUP(); 和 LOOP();
SETUP() 在程序开始时执行,基本上是利用系统;
LOOP() 是一个恒定循环函数,每秒触发多次。因此,为了确保我们有屏幕、触摸输入等,并且屏幕不会因为 LOOP() 而闪烁,我们需要发明一种机制让 Arduino 知道用户希望它做什么。因此,在 LOOP() 部分,您将看到一小部分代码只说“考虑触摸……或考虑时间……”等。其余活动发生在这些函数中,这允许我们更改程序流,以便屏幕不会每秒刷新多次。

现在,一旦我们计算了给定物体的 HA 和 DEC,我们希望将安装点设置为望远镜,为此,我们需要以某种方式知道电机需要转动多少。为了在这方面取得成功,我需要知道什么是蜗轮齿轮比——即蜗杆应该转多少圈才能使齿轮旋转 360°。我有 Vixen Super Polaris 并且在互联网上快速搜索显示它使用 144 齿齿轮用于 RA 和 DEC 轴。
我创建了一个简单的Excel 文件来计算我计算 HA 和 DEC 后电机应该转动多少,以及“点火”的频率" 马达以补偿地球自转。

我在 XLS 中使用的相同数学模型也在代码中实现,因此您需要做的只是替换代码开头(第 34 到 37 行)的安装值。

现在一旦我们计算了比率,代码就会知道电机转动多少以使望远镜指向相应的坐标,以及时钟速度是多少,以便安装可以跟踪物体。处理上述事项的函数从第 906 行和第 917 行开始:

- 安装电机是一项简单的任务,但会影响您的计算方式。在我的场景中,Vixen Super Polaris 将原始齿轮放在蜗杆轴的右侧。然而,我发现这些轴很短,以便用皮带轮替换齿轮,从而将皮带轮移动到轴的另一侧(左)。这导致电机实际上需要向后转动以增加望远镜位置,因此我不得不修改我创建的原始代码。您绝对应该修改电机转向其他方式的方向,否则您最终会计算错误的步数,从而导致错误的位置。

操作:修改代码的以下部分:空隙consider_Manual_移动INT XP,YP INT),空隙cosiderSlewTo()和空隙Sidereal_rate().

组装硬件:

现在是创建 Shield 板的时候了。Shield 板是带有引脚排列的板,您可以将其堆叠在 ArduinoDUE 板的顶部。
一些组件需要在该板上,而另一些则更好地放置在外壳上。我的分裂是这样的:

  • 屏蔽板固定:两个 DRV8825 驱动器、RTC3231 时钟、蓝牙模块 HC-05、压电扬声器、12V 连接器和其余组件的引脚;
  • 装在盒子上的组件是:GPS 模块 NEO 6M - RX 使天线可以始终指向天空,DHT22 温度传感器通过一个孔贴在盒子外面,PS2 操纵杆,TFT 屏幕和所有开关(ON/OFF 开关)和日/夜模式开关)。此外,我为电机驱动器连接器、12V 电源连接器和一个连接到 ArduinoDUE Native 端口的 USB 电缆端口钻孔,以便在不打开盒子的情况下进行软件更新。

获取原型 PCB 并评估如何切割它,以便它可以容纳所有组件,留出一些布线空间,并以可以堆叠在 Arduino 顶部的方式焊接引脚。请注意,您需要焊接 Arduino 使用的所有引脚,并将它们连接到屏蔽板上的组件,或连接到此屏蔽板上的连接器,以便也可以连接放在盒子本身上的组件。

我在下面附上了一些过程的照片:

确保遵循以下 DRV8825 和电机驱动器的接线图

现在所有组件都焊接到位,我建议您也连接电机驱动器,将软件加载到 Arduino 板并测试整个设置。此时它应该可以正常工作。

如果您对此项目有任何想法、意见或问题,请在下方留言。

外文原文:点击进入
声明:本文由Hackaday授权电路城翻译,系电路城的原创内容,转载请注明出处! 

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