Альт-Азимутальная монтировка с шаговым приводом

[Sergey Stepanov]

Уважаемые коллеги.
Представляю монтировку, сделанную своими руками.
Тип монтировки: альт-азимутальная.
Хотя, из моей профессиональной деятельности, мне привычнее такие термины: опорно-поворотное устройство, азимут и угол места.

Сразу отмечу, что я не стремился сконструировать монтировку лучше и дешевле, чем имеющиеся монтировки в продаже. Просто мне нравится что-то делать своими руками. Компоненты, входящие в монтировку, использовал те, которые имелись в наличии, некоторые покупал. 

Монтировку первоначально делал для трубы телескопа Celestron AstroMaster 130 EQ. Монтировка заканчивается алюминиевой площадкой, к которой может быть закреплен другой телескоп с подобными массо-габаритными характеристиками.
В перспективе планирую на данную монтировку установить трубу Sky-Watcher BKP2001 OTAW. Но предварительно необходимо будет поменять редуктор по высоте на редуктор с бОльшим передаточным числом и бОльшим номинальным моментом, т.к. установленный сейчас редуктор «не тянет» рефлектор Ньютона с апертурой 200 мм.

На трубе телескопа AstroMaster130 установлен электропривод фокусера, состоящий из шагового униполярного двигателя ДШИ-200-1-3. Вал шагового двигателя соединен с валом фокусировочной ручки с помощью муфты из резинового шланга. Муфта закрепляется на валах с помощью червячных стальных хомутов. Двигатель крепится к трубе телескопа с помощью двух стальных хомутов: хомут бОльшего диаметра обхватывает саму трубу, а на этот хомут закреплен (приварен) хомут меньшего размера, в котором зажимается шаговый двигатель. Регулировка привода фокусировки по высоте осуществлена резиновыми полосками, установленными между трубой и бОльшим хомутом. На фокусер устанавливал линзу Барлоу и фотоаппарат Canon EOS 600D. Привод фокусера «тянет» такую нагрузку. Но есть небольшой перекос оптической оси телескопа и матрицы фотоаппарата в системе «фокусер - линза Барлоу – Т-адаптер», т.к. фотоаппарат тяжелый, масса около 450 грамм, особенно когда телескоп направлен вверх.

[Sergey Stepanov]

Привод каждой оси состоит из:
- шаговый униполярный двигатель 57CSTH633 (Китай).
-  червячный редуктор в квадратном алюминиевом корпусе типоразмера Q30 (INOVARI, Италия). Передаточное отношение 80. Номинальный момент на выходном валу 16 Н*м. Вал шагового двигателя и входной вал редуктора соединены с помощью сильфонной муфты. Редукторы применял общепромышленного исполнения, поэтому на выходном валу редуктора имеется люфт. При приложении на выходной вал бОльшей нагрузки, значение люфта увеличивается. При изменении направления поворота сначала происходит выборка люфта. Но в конечном итоге привод отрабатывает перемещение заданной координаты по датчику положения.
- оптический однооборотный абсолютный датчик углового положения типа OCD (Fraba Posital, Германия, Польша). 13 бит на один оборот. Выходной вал редуктора соединен с валом датчика положения с помощью разрезной муфты, с резиновой проставкой. 

Диапазон поворота по азимуту: 0 – 360 град.
Диапазон поворота по высоте: 0 – 90 град.
Скорость поворота по азимуту и высоте: 0.1 – 6 град/сек.
Точность отработки перемещения по азимуту и высоте: 0.1 град.
Скорость перемещения фокусера: 0.1 – 2 мм/сек.

Детали конструкции монтировки разработал мой знакомый. Изготовление деталей заказывал на разных предприятиях города. Материал элементов конструкции – алюминий, валов – сталь. Что-то делал и сам с помощью тисков, напильника, дрели и других подручных средств.

[Sergey Stepanov]

Управляется монтировка от блока управления, выполненного в виде  электротехнического шкафа:
- напряжение питания 220В;
- потребляемая мощность не более 200 Вт.

Внутри шкафа блока управления расположены:
- импульсный блок питания 12В;
- импульсный блок питания 5В;
- плата с микроконтроллером;
- плата драйверов шаговых двигателей. В качестве силовых драйверов шаговых двигателей использованы микросхемы SLA7026M, установленные на радиаторы.

Масса монтировки с деревянным основанием (без трубы телескопа) – 12 кг.
Масса трубы телескопа AstroMaster130 с крепежными кольцами и приводом фокусера – 5 кг.
Масса шкафа блока управления – 6 кг.

[Sergey Stepanov]

Связь с компьютером осуществляется с помощью интерфейса RS-422. Скорость передачи данных 9600 бит/сек. Подключение блока управления к USB порту компьютера осуществляется с помощью преобразователя интерфейсов MOXA UPort 1150I.

Программа управления телескопом работает в операционной системе Windows. В окне программы отображаются данные приводов: текущее и заданное положения, текущее рассогласование между заданным и текущим положением, состояние привода (остановлен или отрабатывает перемещение), заданная скорость поворота.

Управление поворотом монтировки по азимуту и высоте, а так же фокусером, возможно с помощью клавиатуры или мышки компьютера, а так же геймпада (джойстика) Defender Game Master G2 (подключается к USB порту). Задание скорости поворота по осям так же доступно на геймпаде.

Реализована стыковка программы управления телескопом с программой NOVA (www.nlsa.com) по интерфейсу DDE. Программа NOVA рассчитывает координаты искусственных спутников земли в зависимости от географических координат и времени наблюдателя. В качестве исходных данных используются данные орбит спутников в двухстрочном формате TLE. Алгоритм расчета SGP4/SDP4. Обновленные элементы TLE доступны на сайте www.space-track.org. В программе NOVA так же есть группа объектов «Celestial objects», в которую входят Солнце, Луна, планеты Солнечной системы, а так же некоторые объекты глубокого космоса (Cass-A, Cent-A, Sygnus-A и др.).

Программа NOVA рассчитывает координаты выбранного объекта по азимуту и высоте, а программа управления телескопом «перехватывает» эти данные по интерфейсу DDE, и далее передает их в блок управления приводами. Т.е. в данном случае программа NOVA используется как математический аппарат по расчету координат.

Отработка перемещения происходит, когда текущее положение по оси отличается от рассчитанного в программе NOVA на 0.1 град. Значение рассогласования можно изменять.

В таком режиме программного сопровождения наблюдал за МКС (ISS ZARYA) в телескоп. Перемещение по осям происходит не плавно, а дискретно, поэтому МКС «бегала» по полю видимости и периодически вообще исчезала из поля видимости. Телескоп как бы «догонял» МКС. Есть возможность вводить коррекцию (знак значения коррекции определяет упреждение или запаздывание) значений азимута и высоты, получаемые от программы NOVA.

Наблюдение за Луной и планетами тоже происходит дискретно, но это уже не так сильно ухудшает процесс наблюдения, т.к. скорости перемещения таких объектов гораздо ниже скорости перемещения МКС. Наблюдая в окуляр за планетой, я вижу, что планета перемещается из центра окуляра к периферии, а затем привод автоматически переводит планету в центральную часть поля видимости. Есть вариант реализовать программное «часовое» ведение объекта, но не занимался еще этим.

В программу управления телескопом можно вводить с клавиатуры координаты объектов наблюдений по азимуту и высоте, рассчитанные и в других программах планетариях.

Привязку осей монтировки по сторонам света и вертикали осуществляю следующим образом. Навожу телескоп на какой-либо объект, например Юпитер, и записываю в датчики положения по азимуту и высоте значения, рассчитанные в программе NOVA. Предварительно в программу ввел координаты своего местоположения, определенные по GPS навигатору. Если такого объекта нет, то навожусь на самую верхнюю точку телевизионной вышки, которая просматривается с балкона. Координаты точки на телевышке заранее определены и записаны  блокнот, чтобы не забыть.

[Sergey Stepanov]

Недавно приобрел трубу Sky-Watcher BKP2001 OTAW. Но моя самодельная монтировка не предназначена для установки такого большого телескопа. В перспективе планирую модернизировать свою монтировку, а так же приобрести экваториальную монтировку Sky-Watcher EQ5 (для выездов на «пленэр»), а потом может даже рассмотрю вариант покупки экваториальной монтировки Sky-Watcher HEQ5 Pro SynTrek (и насладится плодами давно уже изобретенного веслосипеда ))).

[Freedeniz]

Если честно, то лучше сразу покупать Хек-5. Сам шел эволюционировав от еку-1 до хек-5. Лучше сразу вложиться и не тратить время и нервы )
 Но если хотите экспериментов, то и ваш план вполне сгодится.   Скучно не будет в любом случае.

[Diskus]

А почему азимутальный привод так низко , жесткость ведь страдает .
Все мы проходили такие этапы монтистроения , моя первая до сих пор под диваном лежит , может через сто лет внуки в музей сдадут 

[Sergey Stepanov]

А почему азимутальный привод так низко , жесткость ведь страдает .

Я сделал запас по высоте, как оказалось слишком большой запас получился. Можно было и короче сделать. 
При подъеме трубы в зенит (или около того) ее нижняя часть опускается и может задеть конструкцию монтировки.

[Sergey Stepanov]

Нашел фотографии со стадии сборки монтировки.
На фото приводы по азимуту и высоте.
На третьем снимке двигатель не соединен еще с редуктором с помощью муфты.

[Aleksey_M]

Sergey Stepanov, большой респект! 
Тоже люблю поработать руками, не оборачиваясь на затраченное время и средства. Так сказать, адаптированный под себя 

А можно поинтересоваться, какой МК использовали для платы управления?
Или сразу готовые модули (CubieBoard, Малинка)?

[Sergey Stepanov]

А можно поинтересоваться, какой МК использовали для платы управления?

На плате установлен микропроцессор TMS320F28335 (Texas Instruments). 
То что было в наличии, то и использовал.
Это DSP процессор, адаптированный под электропривод.
Но для управления монтировкой хватило бы и AVR (к примеру).

[Aleksey_M]

На плате установлен микропроцессор TMS320F28335 (Texas Instruments). 

Понятно. Я вот к СТМ32 больше тяготею, ибо работал на них ))

Но для управления монтировкой хватило бы и AVR (к примеру).

Да, но возможностей для усложнения (дальнейшего развития) маловато...

[Sergey Stepanov]

Модернизировал монтировку, а именно подключил к блоку управления пульт управления, что бы можно было управлять монтировкой автономно, без ноутбука. На пульте управления 9 кнопок: F1, F2, F3, стрелки Вверх, Вниз, Влево, Вправо, Start, Stop. В качестве дисплея на пульте управления применен ЖК индикатор, 12 символов, 2 строки.
Подсветка ЖКИ зеленого цвета, надо попробовать перепаять зеленый светодиод на красный.
Управляющий микроконтроллер ATMEGA32.

Пульт управления реализовывает следующие функции:
1) Отображение координат по азимуту и высоте.
2) Настройка датчиков положения по азимуту и высоте (кнопка F1).
3) Выбор скорости перемещения по осям в диапазоне от 0,1 град/сек до 6 град/сек (кнопка F2).
4) Режимы перемещения (кнопка F3)
- перемещение по осям пока нажата кнопка со стрелкой;
- перемещение по осям после одиночного нажатия кнопки со стрелкой (для остановки перемещения служит кнопка Stop);
- перемещение по шагам при нажатии кнопки со стрелкой (шаг перемещения регулируется в пределах от 0,1 до 1,0 градуса);
- перемещение по осям в заданные координаты, которые вводятся с помощью кнопок со стрелками (стрелки верх и Вниз изменяют значение цифры, кнопки Влево и Вправо перемещают курсор).