Elektronika i kabelki

Jak wiadomo, większość elementów konstrukcji powstaje równolegle. Dla przykładu, półka z aluminiowych kątowników, na której spoczął silnik krokowy napędu w osi pionowej, jest zarazem punktem oparcia dla skrzynki wykonanej z cienkiej (4 mm) płyty z MDF’u. Kiedy malowałem koło napędu w osi pionowej, musiałem mieć przygotowane do malowania także dno, ścianki i pokrywę skrzynki, aby nie marnować farby (dużo jej idzie w kanał, podczas czyszczenia sprzętu do malowania). Aby jednak nie wyprzedzać faktów, zacznijmy od elektroniki.

Do napędu w obu osiach przewidzieliśmy silniki krokowe. W przypadku teleskopu istotne jest, aby rozdzielczość całkowita ruchu OTA w osi pionowej i poziomej była na tyle duża – a skoki OTA w tych osiach na tyle małe – żeby tymi delikatnymi ruchami podążać za ruchem gwiazd, planet i innych obiektów na nieboskłonie. Jeśli skoki byłyby za duże, to teleskop „przeleciałby” poza obiekt i pół biedy, jeśli ten nadal znajdowałby się w polu widzenia okularu. Zatem silnik krokowy powinien mieć dość dużą ilość kroków. Silnik powinien móc pracować również w trybie mikrokroków, najlepiej nie gorzej niż 1/4 kroku. Szukając dobrego, mocnego i zarazem niedużego silnika znaleźliśmy 200-krokowy silniczek w standardzie Nema 17 (rozstaw otworów pod śruby mocujące M3 na jednym boku równy 1,7″) o momencie obrotowym 65Ncm, czyli 0,65Nm. Na początku nie czułem tego momentu obrotowego, tzn. wiedziałem o co chodzi, ale nie wiedziałem, czy to dużo, czy mało i musiałem zaufać Krzysztofowi – on stwierdził, że wystarczy, a jak nie, to się odda. Proste. Zakładając, że wykorzystamy co najmniej 1/4 kroku, mamy do dyspozycji 800 mikrokroków na  jeden obrót osi silnika. Zdjęcie poniżej przedstawia taki własnie silnik.

20170627_182133

Do sterowania kierunkami ruchu Krzysztof zaproponował gamepad z konsoli Nintendo. A skoro kontroler ten posiada dodatkowe przyciski, wymyśliliśmy dla nich zastosowanie: zwiększanie prędkości silników w zależności od tego, który przycisk będzie naciśnięty razem z przyciskiem kierunku. Większe prędkości (a dokładnie jedna) mają służyć szybszej zmianie położenia OTA, a więc szybszemu nakierowaniu się na inny obiekt, po zupełnie innej stronie nieba.

kontroler

Za jednostkę centralną posłużył mikrokontroler Arduino w wersji Nano (niebieska płytka na zdjęciu), powszechnie stosowany do sterowania silnikami krokowymi w amatorskich wykonaniach obrabiarek CNC i drukarek 3D. Elementami wykonawczymi, bezpośrednio zasilającymi silniki, są trzy sterowniki (trzy małe czerwone płytki) na płycie I/O mikrokontrolera (duża czerwona płytka).

Arduino

Jako, że Krzysztof bawił się już takimi zabawkami, podzieliliśmy się robotą: jak zająłem się mechaniką, on wstępnym przygotowaniem dla mnie elektroniki i oprogramowania wyjściowego, żeby można było niezależnie testować napędy w czasie ich budowy.

W pewnym momencie nie dało się już utrzymywać połączeń w wersji „na pająka”, ponieważ z dnia na dzień konstrukcja była coraz słabsza. Należało wykonać skrzynkę dla elektroniki i kabelków, a przynajmniej jej dno i frontową ściankę z gniazdami i przełącznikami. Z rozpędu wykonałem całą skrzynkę, pozostawało tylko ją pomalować – razem z kołem dla napędu w osi poziomej.

20170725_202246

Bardzo lubię „old school style”, dlatego dźwigienkowe włączniki były bardzo na miejscu. Jako gniazdo zasilania posłużyło spotykane zwykle w CB radiach gniazdo mikrofonowe z kluczem i gwintem do zablokowania wtyku. Gniazdo jest 4-pinowe, a włącznik zasilania dwutorowy. Przewidziany do zasilania całości zasilacz z konsoli Xbox 360 to bardzo wydajne, 16A źródło zasilania 12V, ale posiada ono wyzwalanie od strony konsoli, więc połowa włącznika i połowa gniazda i wtyku odpowiedzialna jest za dostarczanie zasilania do układu, a druga połowa – do wzbudzenia zasilacza. W przypadku zasilania bateryjnego (akumulator samochodowy 12V) wystarczy tylko jeden tor.

20170725_222510

20170725_22241020170725_222536

Mały czerwony przełącznik dźwigienkowy obok silnika odpowiedzialny jest za pracę wentylatora chłodzącego zwierciadło główne. Jest on „dwubiegowy”: w położeniu górnym podaje pełne 12V, a w położeniu dolnym będzie podawał 5V. Położenie środkowe oznacza wyłączenie wentylatora.

Po pomalowaniu elementów obudowy można było zabrać się za układanie w niej okablowania i elektroniki. Istotne było też przemyślane ułożenie przewodu zasilającego wentylator. Żeby nie niszczyć OTA, a także w pozostałych miejscach, wszystkie przewody umocowane są na samoprzylepnych uchwytach. Jedynym miejscem fizycznej ingerencji w OTA jest mały otwór 4 mm, przez który przepuściłem przewód zasilający wentylator. Kiedy tego otworu nie było, a przewód przechodził przez krawędź obejmy celi zwierciadła głównego, to po kilku postawieniach OTA na podłodze kabel zaczynał się przecierać, więc wniosek był oczywisty. Przewód wentylatora nie może być jednak ciągłym kawałkiem, ponieważ OTA można odstawiać na bok. Należało więc wykonać złącze, które może się lekko rozłączyć, gdy przez zapomnienie wyszarpnie się wtyk z gniazda podnosząc OTA.

20170802_234725

20170807_202832

20170807_202850

20170807_202906

Kiedy elektronika została już uruchomiona w swym nowym domku, przypomniałem sobie o mikrokrokach. Za konfigurację 1/n w mikrokrokach dla każdego sterownika i każdego silnika oddzielnie odpowiedzialne są zworki, które będąc załączone (piny zwarte) domyślnie podają sterownikowi stan niski na stosowne wejścia, a żeby uruchomić tryb mikrokroków, należy właściwie podać stany wysokie. Dorobiłem więc na szybko drabinkę zworek podającą stany wysokie, należy tylko przekładać zworki z płytki na drabinkę we właściwe miejsca. Pojedyncza para tercetów zworek i pinów zaznaczona jest na zdjęciu czerwonymi kółkami. Trzeci (lewy) sterownik nie jest wykorzystywany obecnie, ale czeka on na sterowanie focuser’em.

20170803_232353

Jako, że nie lubię luźno zwisających i niebezpiecznych przedmiotów, także i zasilacz musiał znaleźć swoje miejsce. Od frontu montażu Dobsona znajduje się skrzynka i silnik. Z prawej strony (patrząc od góry) montaż obciąża napęd w osi poziomej, zasilacz więc wypadało zamontować po stronie lewej. Z ostatnich już resztek stalowego płaskownika wygiąłem i przygotowałem miejsce dla zasilacza. Przewód upiąłem opaskami do samoprzylepnych uchwytów. Płaskowniki celowo są nieco dłuższe i wystają poza obrys zasilacza, żeby można było położyć tam kabel zasilający 230V.

20170803_195844

20170803_200124

20170803_195825

Jak widać na zdjęciach nieco wyżej, skrzynka jest prawie pusta. Prawa jej część przeznaczona jest na Arduino i sterowanie silnikami, lewa natomiast (albo na odwrót) – pomieści niebawem Raspbery Pi, którego zadaniem będzie analiza obrazu z kamery wycelowanej na obiekt. Są to jednak kolejne koszty, a więc zadanie to musi poczekać na swoją kolej. Ponadto, w pokrywie skrzynki znajdzie swe miejsce wyświetlacz 20×4 znaki pokazujący bieżący stan Arduino, silników, możliwe, że wskazanie temperatury lustra głównego i otoczenia, wskazanie kąta uniesienia OTA i jego pozycja względem kierunków geograficznych (elektroniczny kompas).

To, co napisałem powyżej, to melodia przyszłości, mam nadzieję, że niedalekiej, jednak dużo wcześniej wyposażymy Arduino w dwa wyłączniki krańcowe blokujące ruch OTA w osi pionowej po osiągnięciu swych skrajnych pozycji. O ile w osi pionowej montaż może kręcić się bez końca (w przypadku zasilania z małych i lekkich akumulatorów żelowych, a nie z sieci…), o tyle mechaniczne zablokowanie OTA w osi poziomej spowoduje przeskakiwanie paska na rolce napędzającej, co nie będzie efektem korzystnym.

W najbliższych planach jest jeszcze jedna zmiana. Podłej jakości podróbka kontrolera Nintendo ma wadę objawiająca się tym, że naciskanie krzyżyka kierunków w dowolnej z czterech pozycji powoduje niezamierzone „naciśnięcie się” przycisku bezpośrednio sąsiadującego z wybranym. Można iść w stronę oryginalnego kontrolera, ale jak wspomniałem, kręcą mnie „old school’owe” klimaty, więc do pracy zaangażujemy bodajże 30-letni klasyczny joystick Arcade pamiętający czasy 8-bitowych Atari i Commodore. Posiada on dokładnie to, co trzeba: perfekcyjnie działające mikroprzełączniki na sprężynkach oraz jeden przycisk, który będzie obsługiwał przyśpieszoną zmianę położenia OTA.

20170807_211053

Sterowanie za pomocą tego joystick’a jest zupełnie odmienne, niż sterowanie kontrolerem Nintendo, więc konieczna będzie modyfikacja oprogramowania, ale tematem oprogramowania zajmiemy się innym razem.

Reklamy