ATM focuser na Arduino

[jolo]

Kolejnym koniecznym krokiem do celu którym jest zdalnie sterowany zestaw do astrofoto był posiadanie focusera. Po uruchomieniu focusera opartego na projekcie SharpSky przedłużająca się niepogoda i czekające w szufladzie Arduino Nano dały w rezultacie stworzenie własnego projektu focusera i tak powstał autorski focuser by Jolo

Na zdjęciu Arduino Nano i płytka z miejscem na moduł Arduino. Na płytce pod miejscem na moduł Arduino widoczny jest sterownik silnika krokowego L293D oraz buzzer. Po lewej stronie od góry gniazdko do podłączenia silnika, gniazdo enkodera oraz gniazdko czujnika temperatury. W prawej części zdjęcia moduł regulatora napięcia do zasilania huba USB (nie jest częścią projektu):

Projekt jest otwarty i wszystkie elementy są dostępne na stronie http://code.google.com/p/ascom-jolo-focuser/ . Instalator sterownika ASCOM, sketch oraz biblioteki do załadowania do Arduino, oraz dość wyczerpująca dokumentacja i kody źródłowe są do pobrania ze strony projektu. Przy pisaniu kodu sterownika oraz Arduino główną wytyczną była implementacja interfejsu IFocus2 z platformy ASCOM, dlatego też zrezygnowałem z kompatybilnością z robofocusem, ponieważ protokół robofocusa okazał się do tego celu nadmiarowy i lekko niespójny (nie do końca wiadomo kto jest klientem a kto serwerem - obie strony używają portu do swoich własnych celów). Do uruchomienia u siebie w domu focusera opartego na tym projekcie potrzebne będą:

1. płytka arduino (polecam Nano lub Micro ze względu na rozmiary, choć każda zadziała)

2. driver do silnika krokowego (trzeba zlutować jakiś prosty układzik albo zakupić gotowy)

3. silnik krokowy i sposób na jego podpięcie do focusera - tutaj polegam na inwencji czytelników

4. enkoder obrotowy z przyciskiem (opcjonalnie)

5. czujnik temperatury z rodziny DS1820 (opcjonalnie)

6. buzzer (opcjonalnie)

Moduł Arduino na swoim miejscu, silnik krokowy używany przeze mnie do testów, enkoder w obudowie oraz czujnik temperatury DS1820 w obudowie typu mały jack:

Sam projekt zapewnia:

1. sterowanie focuserem przez sterownik ASCOM z dowolnego oprogramowania

2. kompensację temperaturową

3. sterowanie ręczne enkoderem obrotowym z jedną z 8 szybkości

4. sygnalizację różnych akcji buzzerem

Sterownik napisano w środowisku Visual Studio w oparciu o gotowe szablony ze strony ASCOM. Komunikacja odbywa się przez port USB oraz przez wbudowane w platformę Arduino konwertery USB->RS232. Do zaprogramowania Arduino nie jest potrzebny żaden dodatkowy programator - płytki Arduino zawierają bootloader i przez kabelek USB zarówno zaprogramujemy płytkę jak i będziemy sterować focuserem.

Okienko konfiguracyjne sterownika ASCOM:

Na stronie projektu opisany jest również używany protokół portu RS232, a więc nic nie stoi na przeszkodzie żeby użyć jedynie sterownika ASCOM i skonstruować własny kontroler, albo zaprogramować sobie moduł Arduino dostępnym sketchem i napisać własny sterownik lub program kontrolujący w dowolnym środowisku.

Obecnie projekt jest w wersji RC1 - wszystkie komponenty działają sterowane spod Maxima. Wersja finalna pojawi się po pierwszych próbach polowych kiedy doczekamy się pogody.

Pogodo przybywaj!

[Adam_Jesion]

Kolejny kandydat na konkurs ATM/DIY Super - powodzenia z kolejnymi eksperymentami.

[simarik]

Gratulacje Łukasz - wiedz że jestem Twoim fanem w dziedzinie astroelektronicznego ATM.

[Iluvatar]

Gratuluję, może w końcu będę miał większą motywację do zrobienia swojego, bo jakoś zabrać się za to nie mogę. Choć ja akurat planowałem zamiast platformy ASCOM napisać część graficzną w QT, żeby nie uczyć się specjalnie VB, C# czy co tam jest do ASCOM potrzebne. Publikuj jak najczęściej ewentualne postępy, żebym sam ruszył tyłek.

Z ciekawości dopytam jeszcze, czy ten enkoder to taki zwykły 24 imp./obr.?

[jolo]

Dzięki Nie wiedziałem że jest jakiś konkurs ATM/DIY

Sam na co dzień programuję w Javie, ale zainstalowanie Visual Studio to parę chwil, a wykorzystanie gotowego szablonu z ASCOM developers tools znakomicie ułatwia sprawę - pozostaje tylko wypełnienie wygenerowanych metod no i trochę zabawy z utworzeniem formatki i przetestowaniem całości. Co do postępów to mam jeszcze kilka pomysłów na usprawnienie całości ale nie mam zamiaru rozdmuchiwać projektu o kolejne wodotryski.

Enkoder to dokładnie taki jak piszesz - 24 imp/obr z przyciskiem na ośce, który służy do zmiany pomiędzy trybami pracy enkodera. Pierwszy tryb to ustawianie ostrości, drugi tryb to zmiana ilości kroków silnika przypadających na jeden impuls enkodera (1,2,4,8,16,32,64,128 i 256 kroków silnika na impuls).

[jolo]

Wczoraj niebo się wypogodziło, ale tylko częściowo (zasięg 3.5-4mag) i tylko na kilka godzin, więc był to doskonały moment na kilka testów. Focuser przeszedł pierwsze próby polowe w połączeniu z FocusMaxem. FocusMax okazał się być bardzo sprawnym programikiem i bez kłopotu współpracuje z moim rękodziełem.

Po dopasowaniu kilku ustawień przeprowadziłem first light wizard:

 

 

Po czym przez pół godziny bawiłem się ustawianiem ostrości na różnych kadrach i przez różne filtry:

 

 

Ostrość została ustawiona za każdym razem - 100% skuteczności. Końcowe HFD wynosiło od 1.7 do 2.15 w zależności od gwiazdki i filtra.

 

 

PS projekt został przeniesiony pod nowy adres: https://github.com/sirJolo/ascom-jolo-focuser a więc jeśli ktoś jest chętny to zapraszam tam po wszystkie kody i dokumentację.

Edytowane 1 Marca 2013 przez jolo

[Gość wessel]

Super zabaweczka. Jak rozumiem niedługo pojawi się wersja komercyjna?

[jolo]

Słabo to widzę - potrzebowałbym jakiegoś agenta/managera

Ale jeśli zebrałoby się kilka chętnych osób na pewno można by dać zamówienie na zrobienie płytek drukowanych pod ten projekt, skompletować elementy i rozesłać w postaci kitów do złożenia.

Edytowane 1 Marca 2013 przez jolo

[ZbyT]

widzę, że nie masz przekładni na silniku. Używasz przekładni w wyciągu?

i jeszcze pytanie o trzymanie pozycji. Zatrzymujesz silnik w pełnym kroku czy zasilasz uzwojenia cały czas?

 

pozdrawiam

 

PS

zapanowała moda na własnoręcznie robione robofokusy

łatwiej znaleźć info o własnoręcznej budowie robo niż teleskopu

[jolo]

Zębatka na silniku napędza inną zębatkę na pokrętle mikroruchów. Obawiałem się że rozwiązanie okaże się dość wolne, ale silnik pracuje przy 500-600pps i prędkość przesuwu to około 1.5mm/sek. Przy takim rozwiązaniu mam duty cycle ustawione na 0% i w spoczynku uzwojenia nie są zasilane.

 

Generalnie lepiej czuję się w elektronice i kodowaniu niż mechanice, dlatego większym wyzwaniem było dla mnie umocowanie silniczka do wyciągu, niż napisanie kodu do projektu

[ZbyT]

czyli mikrokroki są tylko dla poprawy płynności ruchu, a nie precyzji pozycjonowania. W takim razie wyciąg musi mieć własną przekładnię by zapewnić odpowiednią dokładność ustawienia ostrości. Mikrokroki powyżej 8 mogłeś sobie darować bo i tak przeciętny silnik nie jest w stanie ich zrealizować

 

prędkość przesuwu ma drugorzędne znaczenie. Można poczekać kilka sekund na wysuw

 

pozdrawiam

[jolo]

Nie używam w ogóle mikrokroków. Całość chodzi ze stałą prędkością, jedynie na początku i końcu ruchu zastosowano płynne rozpędzanie i hamowanie w czasie około 0.5 sek (biblioteka AccelStepper). Dlatego właśnie używam przekładni z mikroruchów - w moim przypadku jeden krok odpowiada 2.6um.

 

Edytowane 1 Marca 2013 przez jolo

[kkk]

Jako że budowę swojego focusera mam już za sobą chciałbym się podzielić swoimi uwagami na temat sterowania silnikiem.

 

Zauważ że niezasilany silnik krokowy unipolarny przykładowo 1.8* ma tylko 50 stabilnych położeń osi. Zatrzymanie silnika i odłączenie zasilania powoduje utratę pozycji i przeskok do następnej stabilnej pozycji. Łatwo możesz się o tym przekonać kręcąc silnikiem na sucho i licząc ile kroków robi, podobnie podczas ustawiania ostrości zwróć uwagę że oś po odłączeniu zasilania przekręca się, nawet o kilka stopni.

 

Problem ten szczególnie się uwidacznia gdy krok jest stosunkowo duży do zakresu ostrości teleskopu, bo wtedy łatwo wypaść poza zakres, mimo że sterownik wysunie wyciąg na odpowiednią odległość. Poza tym podczas robienia krzywej ostrości te błędy będą się nakładać na siebie.

 

Pierwotna wersja mojego sterownika borykała się właśnie z takim problemem, dlatego aktualnie podtrzymuję zasilanie uzwojeń. Dodatkowy plus jest taki że silnik robi wtedy jako hamulec. Natomiast aby ograniczyć zużycie energii wykorzystałem softwarowy chopper prądowy, pracuje z częstotliwością ultradźwiękową, więc może nawet komary i inne stworzenia będzie odstraszał

 

PS. Odnośnie ilości tych stabilnych pozycji wirnika to nie wiem czy się nie pomyliłem, ale jest to liczba na pewno mniejsza niż ilość kroków silnika.

Edytowane 1 Marca 2013 przez kkk

[jolo]

Jako że budowę swojego focusera mam już za sobą chciałbym się podzielić swoimi uwagami na temat sterowania silnikiem.

 

Zauważ że niezasilany silnik krokowy unipolarny przykładowo 1.8* ma tylko 50 stabilnych położeń osi. (...)

 

O widzisz... w moim przypadku pewnie to nie ma żadnego znaczenia, ponieważ krok wynosi 2.6um a strefa CFZ dla mojego setupu to 62um a więc jest mocno nadpróbkowana Czyli duty cycle tak naprawdę nie tylko chroni przed przesuwem wyciągu pod obciążeniem, ale i przed przeskakiwaniem silnika w stabilne położenie.

Tak czy siak duty cycle jest też zaimplementowane w sterowniku i można ustawić jego wartość w pełnym zakresie. Częstotliwość PWM do duty cycle można ustawić z poziomu kodu arduino - opisałem to na stronie projektu.

 

PS - doczytałem i jest tak jak piszesz - dla silnika 1.8* mamy 50 stabilnych położeń - czyli w najgorszym przypadku będziemy mieli 2 kroki niedokładności.

Edytowane 1 Marca 2013 przez jolo

[ax]

Słabo to widzę - potrzebowałbym jakiegoś agenta/managera

Ale jeśli zebrałoby się kilka chętnych osób na pewno można by dać zamówienie na zrobienie płytek drukowanych pod ten projekt, skompletować elementy i rozesłać w postaci kitów do złożenia.

 

Jestem chętny na kompletny kit do złożenia - jak dojdzie do pospolitego ruszenia

Jak się zgłosi do Ciebie kilka osób to mogę kupić jeden pełny kit + dodatkowa płytka drukowana (na przyszłość)

[jolo]

Obawiam się że może nie ruszyć - tak jak pisał ZbyT, każdy chce robić własnoręcznie

Myślę że jakby zebrało się z pięciu chętnych to zaprojektowałbym PCB i dał do zakładu do zrobienia jak należy. Potem zamówienie na elementy i kity gotowe (tylko część elektroniczna, bo od sposobu mocowania silnika do wyciągu umywam moje obie lewe ręce )

[wtw]

Może i ja bym się skusił. Jaki jest szacunkowy koszt tego ATM focusera?

[jolo]

MMduino Nano z firmy propox to 45 zł + przesyłka

PCB np w http://www.merkar.pl/cennik.html - na 1dm2 powinniśmy zmieścić dwie płytki, więc ok. 8zł + przesyłka

Reszta - gniazda i złącza, buzzer, kontroler L293D dla silnika bipolarnego, czujnik DS1820 ~15zł

Ewentualnie enkoder od 3 do 15 zł

I to by stanowiło kit do zlutowania - w sumie z przesyłkami pewnie około 100zł.

[Pimo]

Dopisuję się do pospolitego ruszenia :-)

[wtw]

Potwierdzam chęć zakupu.

[jolo]

Ok, proponuję jeszcze poczekać np do końca tego tygodnia i podejmiemy jakieś decyzje

[zbuffer]

Gratuluję udanego projektu!

Majstruję właśnie coś bardzo podobnego. Patrząc na wykaz części to pewnie o takich samych możliwościach. Mam ten komfort, że mam fokuser Baader Steeltrack, który ma wykonane koło zębate na pasek na pokrętle precyzyjnym.

Ciekawy jestem jak z tymi płytkami w Merkarze będzie, bo sam chciałbym tam wykonać moją płytkę jeśli nie dam rady sam lub choćby dla samego profesjonalizmu.

 

Ja to robię bez Arduino ale generalnie działać będzie tak samo. Z tego co widzę powinienem się zmieścić na płytce mniejszej niż 50x40 mm (full SMD).

Chcę skopiować rozwiązanie z oryginału i zamknąć wszystko w obudowie z silnikiem.

 

Będę miał teraz większą motywację żeby to wreszcie zrobić

[jolo]

Dzięki Rozwiązanie problemu mocowania silnika do wyciągu przerażało mnie dużo bardziej niż wykonanie całej elektroniki, a więc taka zębatka powinna ułatwić Ci sprawę. Co do płytek w Merkarze jeszcze tam nie zamawiałem nigdy. Jeśli zbierze się kilku chętnych to myślę że za około 3-4 tygodnie będę dopiero zamawiał.

 

Powodzenia!

[Amper]

Witam,

i ja bym się pisał na taki sterownik. Mam tylko pytanie, czy można by zamienić sterowanie ręczne obrotowe na dwa guziczki?

 

edit: jak możesz, to napisz proszę czy zwykły zjadacz chleba, będzie w stanie sobie sam zaprogramować układ, tzn wczytać te wszystkie kody itd

Edytowane 7 Marca 2013 przez Amper

[jolo]

Co do sterowania - to właśnie też o tym myślę, że jednak wygodniej się będzie to robić dwoma guziczkami (ew. trzeci do zmiany trybu pracy). Jeśli w ogóle powstanie ta kitowa wersja to raczej w takiej postaci. Myślę że obsługa dwoma guziczkami mogłaby wyglądać tak:

- krótkie naciśnięcie - 1, 2, 4, lub 8 kroków

- naciśnięcie i przytrzymanie ponad 0.5 sek - obracanie ciągłe

Enkoder wygląda trendy, ale nie jest zbyt wygodny jednak w obsłudze.

Co do programowania to myślę że nie będzie problemu. Do sterownika ASCOM jest normalny instalator windowsowy. Do zaprogramowania arduino trzeba ze strony arduino pobrać ich środowisko (niecałe 100MB), załadować program, podpiąć kablekiem USB dołączonym do płytki arduino i zaprogramować. Jest to dokładniej opisane na stronie projektu https://github.com/sirJolo/ascom-jolo-focuser/wiki/Installation .