🗝️ 🚄 🚴🏻 Astrotracker: minha experiência ⛩️ 🚊 🔘

Para combinar seus dois hobbies favoritos: fotografia e astronomia, decidi me experimentar na astrofotografia. Imagens da Via Láctea com enormes placers de estrelas têm uma impressão muito profunda em mim. Além disso, todo verão eu visito o Cáucaso, e o céu é ideal para observação. Para fotografar de alta qualidade no céu estrelado, você não pode prescindir de um astrotracker. Por que eu preciso disso, não vejo a necessidade de repeti-lo, porque já houve vários artigos sobre esse tópico. Portanto, gostaria apenas de compartilhar minha experiência na criação deste dispositivo, sua configuração e uso. Peguei o design deste artigo, simplifiquei um pouco e equipou-o com minhas próprias melhorias. Detalhes sob o corte.

Devo dizer imediatamente que, ao contrário do SW. kuzmuk(autor do artigo original) o processo de criação de um astrotracker não me levou duas noites e nem duas semanas, mas dois meses inteiros. Mas um período tão longo está associado principalmente à entrega prolongada de alguns componentes da China. Ao criar o rastreador, estabeleci dois objetivos principais: simplicidade máxima de design e precisão máxima de rastreamento com o dispositivo resultante.

1. Dirigir

No artigo original, o inversor usa um motor de passo com um driver e o Arduino como um controlador. Mas como antes deste projeto eu não tinha experiência com a programação do Arduino, decidi usar um simples motor DC (motor DC). Além disso, conheci muitos designs de rastreadores na Internet especificamente com o DPT. Encomendei um motor de 5V no Ebay, com uma caixa de velocidades integrada, com uma velocidade total de cerca de 8 rpm. Dada uma fonte de alimentação estabilizada, esperava obter uma velocidade de saída constante, apesar de entender que a velocidade de rotação do DCT depende da carga.

Imagine minha decepção. O fato é que, mesmo sem carga, alimentada por uma fonte de laboratório, a velocidade do motor não era estável. Na figura abaixo, você pode ver como a "velocidade" está flutuando ao longo do tempo. Como eu não tinha uma ferramenta precisa para determinar a velocidade, usei o método de medição com intervalo com refinamento. O resultado não foi aceitável.

Não havia outra escolha a não ser usar um motor com velocidade síncrona, que é o passo a passo 28BYJ-48. Um estudo superficial do Arduino mostrou que não há dificuldades, e todo o programa se resume a ligar alternadamente as quatro fases do motor com um certo atraso. A velocidade, como esperado, em tal sistema era muito estável.

Além disso, o uso do Arduino tornou possível ajustar a velocidade de rotação, o que reduziu os requisitos para engrenagens de fabricação de precisão.

2. Mecanismo de giro e transmissão

Não considerei necessário usar o corte a laser para fazer a base, porque não impusi restrições ao tamanho do futuro rastreador. Pelo contrário, quanto maior a base, maior a precisão devido à menor folga no eixo. Para a base, peguei duas tábuas de madeira compensada de Auchan. Escolhi as coberturas com uma folga mínima (depois a folga ainda era compensada por um martelo) e as coloquei ao longo das bordas da base. Quanto maior a distância entre os velames, mais precisa é a operação do mecanismo. Ele dobrou o gancho de cabelo de acordo com o método descrito no artigo original.

Ele também não fez as marchas por encomenda, mas a tirou de um antigo veículo espacial soviético com uma relação de marcha de ~ 4. No meu caso, eram 3,8. Ele colocou uma noz na cola quente na grande engrenagem.

O tipo final de transmissão:

3. Cálculo da velocidade de rotação O

cálculo da velocidade de rotação necessária do eixo do motor não é difícil, se você entender os princípios básicos. Tudo é baseado em uma equação. Por conveniência, usei o Excel:

4. Calibração

Percebi que, na fabricação de suportar com precisão todos os tamanhos do rastreador, não funcionará com todos os desejos. Haverá um erro em qualquer caso, então desenvolvi uma metodologia para sua compensação antecipadamente. Consiste na calibração a laser do rastreador: um laser é montado na peça rotativa e brilha na tela localizada a uma distância conhecida do eixo do rastreador. Assim, medindo o tempo em que o rastreador é ligado e desligado, você pode calcular qual caminho o ponto do laser deve seguir na tela e correlacioná-lo com a roleta real medida. Quanto mais a tela estiver e o rastreador durar mais, mais preciso será o resultado.

É certo que, mesmo sem calibração, o erro de rastreamento foi de apenas 0,8%. Após ajustar o tempo de pausa entre as fases de comutação da etapa, o erro foi de cerca de 0,2%. A tabela abaixo mostra como o erro diminui com o aumento do tempo de pausa.

O programa para Arduino foi deixado o mais simples possível. Tudo o que ela faz é comutar os passos do passo com a pausa definida acima. A rotação começa imediatamente após a energia ser aplicada. Além disso, apenas uma fase é comutada ao mesmo tempo - o torque do motor, neste caso, é menor (já é abundante), mas as baterias duram 2 vezes mais.

Code for Arduino

#define IN1  8
#define IN2  9
#define IN3  10
#define IN4  11
int time_del=5000;     //

void setup() {
pinMode(IN1, OUTPUT); 
pinMode(IN2, OUTPUT); 
pinMode(IN3, OUTPUT); 
pinMode(IN4, OUTPUT);
}

void loop() {
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, LOW);
digitalWrite(IN3, LOW);
digitalWrite(IN4, LOW);
delayMicroseconds(time_del);
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, HIGH);
digitalWrite(IN3, LOW);
digitalWrite(IN4, LOW);
delayMicroseconds(time_del);
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
digitalWrite(IN3, HIGH);
digitalWrite(IN4, LOW);
delayMicroseconds(time_del);
digitalWrite(IN1, LOW);
digitalWrite(IN2, LOW);
digitalWrite(IN3, LOW);
digitalWrite(IN4, HIGH);
delayMicroseconds(time_del);  
}

Após a instalação, substituí a placa por uma Arduino Micro, que se encaixava perfeitamente na placa do driver do motor, e coloquei tudo em uma caixa de plástico. Usei o PowerBank a 2300 mAh como fonte de energia (o suficiente para ~ 5 horas de rastreamento).

5. Visão a Laser

Tendo alguma experiência em observações astronômicas, percebi que apontar o rastreador para a Estrela do Norte seria um grande problema. É inaceitável expor o eixo aos olhos, mas não queria instalar o localizador de pólos devido ao seu custo. Por isso, decidi fazer uma mira a laser caseira. Para fazer isso, encomendei aqui um laser verde com comprimento de onda de 532 nm e potência de 5 mW. A julgar pelas informações na Internet, seu feixe deveria ter sido claramente visível no escuro.

Para ajustar a direção do feixe de laser, usei um tubo de plástico de maior diâmetro com ajuste de parafuso como prendedor:

Nesse caso, o processo de calibrar o alinhamento do feixe de laser com o eixo do rastreador era o seguinte: a distância entre o eixo do laser e o eixo do rastreador é medida e, em seguida, um círculo com um raio igual a valor alterado. O círculo (vamos chamá-lo de alvo) é colocado a uma certa distância do rastreador e a posição da parte móvel do rastreador é alterada manualmente. Se os eixos são paralelos, o raio laser deve ir exatamente em um círculo. E, novamente: quanto maior a distância entre o rastreador e o alvo, mais preciso é o resultado.

Quanto à aparência no escuro, devo dizer, os chineses não enganaram:

6. Outros

Para fotografar, usamos uma câmera Nikon D7000 com uma lente Sigma 17-50 f2.8. Para instalá-lo no rastreador, encomendei uma cabeça 3D no Ebay e evite tremer ao liberar o obturador - um painel de controle com fio .

Vista final do design: O

laser é alimentado pelo mesmo PowerBank através da chave seletora na unidade de controle.

Separadamente, vale a pena dizer algumas palavras sobre o tripé. Eu tenho um caseiro que pode lidar facilmente com uma carga de vários quilos, mas o ajuste exato claramente não é suficiente. Além disso, é exato, bruto, em geral, é completamente desnecessário, porque a estrela polar está sempre em um ponto no céu. Você pode inicialmente calcular o comprimento das pernas do tripé para que ele incline o rastreador em ~ 45 graus e, com a ajuda de um ajuste preciso, mire na estrela.

O programa de planetário virtual Stellarium ajuda muito no planejamento preliminar da pesquisa . Você pode definir as coordenadas e o tempo e ver em que ponto do céu neste momento o centro da Via Láctea e outros objetos estarão e se a Lua irá interferir.

Além disso, este site é muito útil ao escolher um local de filmagem. É um mapa da poluição luminosa. Escolha as áreas menos iluminadas.

7. Resultados

Exposição fotográfica de 5 a 7 minutos, abertura 4, ISO 400.

Na última foto da nebulosa de Andrômeda, é visível um pequeno borrão, mas acho que isso se deve a um objetivo perdido no pólo do mundo.

O tiroteio foi realizado em uma noite clara, longe do clarão da cidade e na ausência da lua. Sob tais condições, os olhos se acostumam rapidamente à escuridão e o plano de nossa galáxia pode ser visto a olho nu. O resultado foi mais do que satisfeito. E o processo de preparação, observação e filmagem traz prazer real.

Astrotracker: minha experiência

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