[Arduino DIY] Автоматический контроль температуры главного и вторичного зеркал

[БорисЕ]

Недавно обзавелся Ньютоном SW2008 и, вдохновленный профильной темой, решился на создание системы обогрева/охлаждения  его зеркал с автоматическим контроллером.
(Нужно отметить, что если бы я был визуальщиком, то такого сложного решения мне бы не понадобилось. Но телескоп я использую в удаленной обсерватории для астрофото, поэтому без автоматизации не обойтись).

Активные элементы
Охлаждение главного зеркала выполнено на основе компьютерного 120 мм куллера Noctua NF-S12A с регулировкой оборотов от 300 до 1200 на основе PWM. Способ установки на телескоп подсмотрел в теме – выпилил отверстие в туристическом коврике и натянул его на юстировочные болты. Использую в режиме на выдув.

Обогрев вторичного зеркала выполнен на основе фабричной wrap around грелки Kendrik (в принципе можно сделать и самому, о чем рассказано, например, здесь)

Сенсоры
Для получения данных по температуре использовал три one-wire датчика Dallas DS18B20: один болтается в воздухе, один установлен на главном зеркале, и еще один на вторичном. Для дополнительной информации также подключил датчик влажности DHT22, но его показания выводятся просто для информации.

Управление
Сам контроллер выполнен на основе Arduino Uno R3. Для получения информации и для внешнего управления контроллером используется самодельная компьютерная программа под Windows.
Для регулировки оборотов куллера и напряжения питания на обогреве (с помощью ШИМ = PWM схемы) используются два транзистора TIP-120 (корпус TO220). Радиаторы устанавливать не стал. Отмечу, что для регулирования оборотов куллера, по-видимому, запросто хватает PWM самого Arduino (по крайней мере у меня получалось), поэтому можно на одном транзисторе и сэкономить (33 руб за штуку).

Сборка и коммутация
В качестве корпуса использовал распределительную коробку, в которую засунул Arduino и маленькую breadboard платку для сборки. Сразу отмечу – не лучшее решение, провода постоянно выскакивают – но зато все очень быстро собирается: транзисторы просто вставил, проводки повтыкал и все).
Все соединения с контроллером выполнены на витой паре Cat5. Для соединения частей используются коннекторы/розетки RJ-45.

[БорисЕ]

Профессионально схемы подключения, к сожалению, рисовать не умею - для себя фиксирую только монтажный вариант для будущих починок/апгрейдов, но там все очень просто.

Прикладываю свои наброски.

Прошивку для Arduino можно скачать CoolingControl2.zip

[БорисЕ]

Для управления и контроля всего этого написал программу. Пока еще не все дописано, но базовый функционал выполняется.

Регулировки осуществляются в двух режимах:
- ручном (пользователь сам задает скорость куллера/мощность обогрева)
- автоматическом

В последнем программа самостоятельно следит за температурной дельтой каждого из зеркал и плавно регулирует мощность куллера для минимизации этой дельты по главному зеркалу и мощность грелки для поддержания небольшой дельты по вторичному зеркалу.

Программу можно скачать здесь. Исталлятор родной от Visual Studio (несколько туговатый), но зато с автообновлением.

[БорисЕ]

Еще фото

[Jaws]

Отмечу, что для регулирования оборотов куллера, по-видимому, запросто хватает PWM самого Arduino (по крайней мере у меня получалось), поэтому можно на одном транзисторе и сэкономить (33 руб за штуку).

Транзистор лишний точно. Вот спецификация а 4-pin фаны от Интел. Ну и по идее, любой 4-х пиновый фан подойдет, не обязательно такой дорогой.

[TelevueFan]

Нагреватель вторички (фото) греет космос, толку от такого нагрева мало. Либо вкачивать лишнее тепло, что скорее всего только во  вред.
Контролировать надо разницу температур. Один датчик на стекле, другой в воздухе. Все давно придумано, например это https://www.astrosystems.biz/dewgrd.htm
Устройство вместе с зеркалом должно размещаться в закрытом стакане. Наружу выведен только термодатчик.
Первичное зеркало легко контролируется по звезде и смысла там лепить чего-то дополнительно нет никакого. Включил вентилятор и пусть работает.

[ysdanko]

С "кувалдой на бабочек" Все решается значительно проще, с помощью мостовой схемы,  пары термисторов и нагревателя в "диагонали" моста..
А если уж совсем просто, то можно обойтись и такой схемой ---> http://randomstar.org/news/5383-prosteyshiy-regulyator-dlya-ventilyatora-postoyannogo-toka.html

[БорисЕ]

Отмечу, что для регулирования оборотов куллера, по-видимому, запросто хватает PWM самого Arduino (по крайней мере у меня получалось), поэтому можно на одном транзисторе и сэкономить (33 руб за штуку).

Транзистор лишний точно. Вот спецификация а 4-pin фаны от Интел. Ну и по идее, любой 4-х пиновый фан подойдет, не обязательно такой дорогой.

Да, я потом тоже увидел и попробовал. Но в итоге оставил транзистор:
а) китайские дешевые клоны Arduino еще неизвестно сколько держат тока на выходах,
б) уже установил транзистор и решил считать, что это инвестиция в многоканальность на будущее

Дорогой выбрал из-за желания уменьшить вибрации. Плюс специально подбирал обороты поменьше. Пробовал Thermaltake недорогой - вибрирует сильнее.

[БорисЕ]

Нагреватель вторички (фото) греет космос, толку от такого нагрева мало. Либо вкачивать лишнее тепло, что скорее всего только во  вред.

Преимущество такого способа - готовое решение, при этом не нужно отклеивать вторичку для установки. Плюс у меня со старых времен увлечения визуалом осталось.
Еще в те времена проверял - тепло сильно на изображение не виляло. Если и греет космос, то не во вред.

Контролировать надо разницу температур. Один датчик на стекле, другой в воздухе. Все давно придумано, например это https://www.astrosystems.biz/dewgrd.htm
Устройство вместе с зеркалом должно размещаться в закрытом стакане. Наружу выведен только термодатчик.

Разница температур и контроллируется - отдельно по главному, отдельно по вторичному.

Первичное зеркало легко контролируется по звезде и смысла там лепить чего-то дополнительно нет никакого. Включил вентилятор и пусть работает.

Я забыл указать, что телескоп использую на удаленной обсерватории для астрофото. Поэтому мне нужно устройство, которое бы управляло температурным режимом само, пока я сплю. Пока полные тесты влияния работающего вентилятора на качество фото еще не провел, но на 1300 оборотах субъективно влияние есть. Поэтому предусмотрел регулировку вплоть до автоматического отключения во время съемки вообще.

[БорисЕ]

С "кувалдой на бабочек" Все решается значительно проще, с помощью мостовой схемы,  пары термисторов и нагревателя в "диагонали" моста..
А если уж совсем просто, то можно обойтись и такой схемой ---> http://randomstar.org/news/5383-prosteyshiy-regulyator-dlya-ventilyatora-postoyannogo-toka.html

Я прошу прощения, что не указал это в самом начале - у меня удаленная обсерватория, поэтому нужна регулировка без механических элементов с компьютера + автоматический выбор параметров при изменяющихся условиях. Для визуала, скорее всего, эта система избыточна.

[a.pozharov]

Т е на 1300 ноктуа этот тоже вибрирует, несмотря на подвес на коврике ?

[БорисЕ]

Т е на 1300 ноктуа этот тоже вибрирует, несмотря на подвес на коврике ?

Если попробовать абстрагироваться от перфекционизма - то скорее всего не существенно. Положа руку на сердце, я не уверен, что то, что я наблюдал есть на самом деле вибрация, а не шум потока воздуха в трубе + мнительность
На 300 оборотах мне не удавалось определить, работает ли куллер или нет.

Будет небо, попробую сделать тесты по звездам.

[Владимир Николаевич]

А как точку Росы обходить собираетесь??? Или это не предусматривается???
Кулер на вдув или выдув стоит??? Какая дельта Т на гз достигается???

[SAY]

1. В "закрытой" трубе ньютона (входная дырка естественно открыта) ГЗ не запотеет.
2. ГЗ вообще то не греть, а охлаждать следует. Нагрев тыльной стороны ГЗ при естественном охлаждении под ночным небом рабочей поверхности приводит к дельте в самом стекле по толщине со всеми вытекающими. И тепловые потоки вверх трубы - само собой разумеется, если не предусмотреть меры.
3. Если охлаждающий вентилятор для ГЗ работает на вдув, то он уже греет ГЗ с тыльной стороны (VxI).
4. ДЗ не запотеет при наличии бленды-противоросника. Тем более, при работе вентилятора охлаждения ГЗ на вдув. Обогрев ДЗ обязательно потребуется в "открытой" трубе.
5. Даже если часа 2 будете охлаждать ГЗ ньютона относительно слабым высоко оборотистым вентилятором (от компьютерного процессора, но заглушку фокусёра при включении с апертурной крышкой на трубе выбивает не слабо) на вдув при установившейся наружной температуре и дельте при её выносе в градусов 7...8, то часа через 3 после выключения вентилятора (телескоп постоянно в ясное небо) ГЗ будет "фонить" теплом, чётко видно по внефокалам звезды в "узкой" трубе телескопа при выключенном вентиляторе. Многократно проверялось на ньютоне 10" (май...сентябрь).

Как то так - мысли вслух. Если не прав, то поправьте, но аргументированно и без эмоций.

[viktorovich00]

п.1 и п.4 в корне не верный. У многих все наоборот 

[Владимир Николаевич]

1. В "закрытой" трубе ньютона (входная дырка естественно открыта) ГЗ не запотеет.
Многократно проверялось на ньютоне 10" (май...сентябрь).

Как то так - мысли вслух. Если не прав, то поправьте, но аргументированно и без эмоций.

Поправим! Ваши мысли привязаны к одной точке в подмосковье... На югах все иначе и значения влажность-температура другие. Точка Росы другая и даже в закрытой трубе встречается запотевание гз.. Роса выпадает такая что одеяло можно выжимать - а вы про не запотевает...

[БорисЕ]

А как точку Росы обходить собираетесь??? Или это не предусматривается???
Кулер на вдув или выдув стоит??? Какая дельта Т на гз достигается???

Куллер на стоит на выдув.
Запотевание главного пока для меня больше теоретическая задача - случаев не было. Теоретически, влажность в закрытой трубе действительно меньше, чем снаружи (у меня ночью всегда 100%), плюс входящий поток слегка подогревается грелкой вторички. Очень надеюсь, что этого хватит.

По поводу дельты на главном. Так как телескоп фактически всегда на улице, а сейчас ночные перепады температур не велики - то не более 0,5 градусов. Как наберу побольше статистики - опубликую.

[a.pozharov]

Роса выпадает такая что одеяло можно выжимать

Ага, юга они такие. У меня вчера в горах вода по кабелю стекла в блок управления приводом и коротнула там, думал уже все, сгорело. Спирт и продувка не помогли, прршлось разбирать и феном сушить все, оказалрсь воды там натурально море. Потерял час нвблюдений. Запотел корректор комы внутри, в колесе фильтров  беда тоже... Лист с распечатками объектов без файла виснет в руках за 5-10 минут. И такая ситуация там с апреля и до начала зимы. Так что да

[SAY]

п.1 и п.4 в корне не верный. У многих все наоборот 

Уточняю. В бумажно-клеевой трубе ньютона (ватман+эпоксидка) с герметизированным задом (кроме дырки для вентилятора на вдув, когда выключен - закрыта крышкой) ГЗ ни разу не запотевало. Снаружи труба ручьями обливается.
Без бленды-противоросника было несколько запотеваний ДЗ, с нею - нет.
По результатам многолетней эксплуатации:
- бумажно-клеевая труба 150/1200 мм для экваториала;
- бумажно клеевая труба 250/1250 мм для экваториала;
- 350/1680 мм доб на экваториальном клине: фанерный короб (самый клёвый материал для больших добов) и обечайка фермы из одного листа ватмана.
Во всех стоит задний вентилятор на вдув.
Западное направление, 21 км от МКАД. Если это "важно".
 

[Владимир Николаевич]

п.1 и п.4 в корне не верный. У многих все наоборот 

Уточняю. В бумажно-клеевой трубе ньютона (ватман+эпоксидка) с герметизированным задом (кроме дырки для вентилятора на вдув, когда выключен - закрыта крышкой) ГЗ ни разу не запотевало. Снаружи труба ручьями обливается.

Тут главное в Вашем ответе на вдув
Оно никогда и не сможет ни запотеть ни идеально термостабилизироваться, тк даже микрокулер умудряется прогреть прокачиваемый воздух примерно на 2-3С, из чего следует что t гл. зеркала будет всегда на 2-3град выше возможной для термостабилизации температуры.
Посчитать через кпд, подачу воздуха и его теплоемкость несложно.

Проблема вовсе не в том, чтобы охладить! Проблема в том чтобы охладить именно на 0.1-0.2С выше точки Росы. В этот момент достигаются наилучшие, конкретной точки, температуры-давления-влажности параметры для наблюдений.
Реально поймать эту точку (0.1-0.2С над точкой Росы) без диференциального управления нереально. Ну и датчик влажности это никак не датчик точки Росы. Не знаю есть ли они отдельно вообще так как, как только такой датчик в выходом это уже метеостанция (те обработка датчиков температуры влажности давление и на их основе вычисление точки Росы в непрерывном режиме)!