Универсальная система управления телескопом на Arduino

[Iovch]

На форуме уже имеется несколько тем, посвященных системам управления монтировками, собранных на базе компонентов ардуино, в частности:

Простая система управления монтировкой на Arduino
Управление монтировкой на ШД Arduino + grbl
GOTO на Arduino практическая реализация "Импортозамещение"

   В результате изучения этих, и многих других источников, у меня сложилось четкое представление, как простейшим образом, на базе компонентов Ардуино можно решить некоторые вопросы, связанные с управлением телескопом.
   В настоящий момент собран действующий образец управляющего блока на базе Ардуино нано и драйверов А4988 для монтировки на шаговых двигателях с выходом для подключения электрофокусера, с индикацией координат наведения и прочей информации на двухстрочном LCD, с возможностью выполнения команд GOTO задаваемых с ПК, с возможностью подключения проводного устройства управления. Реализовано прямое подключение к плагину «управление телескопом» программы Stellarium. Разработано программное обеспечение для управления экваториальной и альт-азимутальной монтировками, масса тестовых программ. Собранная система управляет монтировкой из комплекта Деагостини «Собери свой телескоп» (аналог Astro-3, на фото), но система подойдет для управления любой монтировкой на шаговых двигателях. Пришло время собрать окончательный вариант изделия уже с беспроводным управлением. В процессе переборки системы, попытаюсь систематизировать и показать в этой теме, от простого к сложному, как простейшим образом, на Ардуино можно реализовать тот или иной функционал. Думаю, материал будет полезным.

Для удобства ориентирования в теме привожу здесь ссылки на основные моменты и программы:

Астротрекер или привод оси прямого восхождения, описание электронной части:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Астротрекер или привод оси прямого восхождения, скетч GOTO1 + драйвер ch341ser.zip:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Привод оси склонений и элемент управления (джойстик), ускорение перемещений, описание:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Привод оси склонений и элемент управления (джойстик), ускорение перемещений, скетч GOTO2:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Система управления экваториальной монтировкой с функциями GOTO, описание и скетч GOTO3:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Прикручиваем управление фокусером к джойстику
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Подключаем LCD, описание электронной части:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Подключаем LCD, скетч GOTO4 + драйвер LCD 1602:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Скетч GOTO4 с автоопределением и автоюстировкой джойстика:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Пульт ИК часть 1 (Slave), описание электронной части:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Пульт ИК часть 1 (Slave), скетч GOTO5SLAVE, программа настройки и драйвер пульта ИК:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Пульт ИК часть 2 (Master), описание электронной части и скетч GOTO5MASTER:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Шаговый электрофокусер, описание электронной части:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Шаговый электрофокусер, скетч GOTO6MASTER.zip:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Версии GOTO6MASTER и GOTO6SLAVE для штатного ИК пульта ардуино:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Энергонезависимые часы реального времени:
Универсальная система управления телескопом на Arduino
Скетч для управления альт-азимутальной монтировкой GOTO7MASTER:
Универсальная система управления телескопом на Arduino

Ссылка на яндекс-диск со всеми материалами и стабильными версиями: https://yadi.sk/d/f1jTO1AohCtbz

[Iovch]

При использовании скетча AMount и виртуального пульта нужен только укомплектованный шилд CNC v4  (ардуино нано + 3 драйвера А4988 на борту + кабель mini-USB для связи с ПК) и конечно же ПК/ноутбук на котором виртуальный пульт запускается. Это самая простая и наиболее функциональная разработка в этой теме на сегодняшний день.

[Denis Volodin]

Исправлена некорректная работа команд 'X', 'Y', "A1" в азимутальном режиме.

В Азимутальном режиме при наводке на объект из списка (уже не помню из каких каталогов) ардуина включает движки на большой скорости, потом через пару секунд переходит на пониженную, потом снова на большую скорость потом снова на пониженную (всё в интервале нескольких секунд) и дальше на малой скорости движки крутятся.

Ещё отдельно отмечу, как то странно у моей ардуины скорости работают, 4 скорости низкие с малозаметным интервалом на повышение, потом 4 скорости высокие с заметным интервалом повышения. Но всё равно как то или низкие или высокие скорости и не линейно скорость увеличивается (или всегда мало или сразу много  ).

[Iovch]

Да, Денис, правильно все подметил. Как раз над этим и работаю. Нету пока общей формулы плавного движения монтировки. Однако, в самом последнем скетче все достаточно хорошо у меня перемещается, но еще дорабатываю. А как трекинг и позиционирование по точности ведения/позиционирования работают в азимутальном режиме у тебя интересно?

[Denis Volodin]

При запуске программы автоматически происходит установка даты и времени по системной дате/времени компьютера. Результат установки отображается в поле "Результат" в формате команд 'd'  и 't'. При необходимости дату и время можно повторно установить из меню "Настройки->Дата и время".
Кроме того, задумана автоматическая синхронизация с реальным пультом: режима монтировки, скорости трекинга и реверса - эти параметры сохранятся в программе до её закрытия. Это происходит при каждом запуске программы, когда в строке состояния окна "Пульт AMount" появляется сообщение "Идёт настройка параметров...". При закрытии программы синхронизируемые параметры возвращаются в реальный пульт. В скетче же (для азимутала) надо предварительно установить в конфиге координаты места наблюдения и часовой пояс.

Погонял пультик виртуальный. Работает.
Сразу мозг спросил, а как подруливать глядя в окуляр  .
На ум пришел только ЮСБ клава с кнопочками "вверх" "вниз" "вправо" "влево " и "+" "-" для скорости.

Но если "виртуальный пульт" синхронизируется с "пультом механическим" то тогда всё хорошо. Т.е. "виртуальный "пульт" или "механический пульт" поочерёдно можно использовать? Нашел/Навел на объект из каталога, пошел в окуляр смотреть, а в руках пульт механический...

https:///ссылка запрещена правилами форума//item/Kemile-USB-19/32882962021.html?pvid=78255dab-3e20-4e16-ac9a-6a1258538ab6&gps-id=pcDetailBottomMoreOtherSeller&scm=1007.13338.114053.000000000000000&scm-url=1007.13338.114053.000000000000000&scm_id=1007.13338.114053.000000000000000
https:///ссылка запрещена правилами форума//item/Kemile-2-4G-Wireless-USB-Numeric-Keypad-Mini-Numpad-18-Keys-Digital-Keyboard-for-iMac-MacBook/32798618148.html?pvid=78255dab-3e20-4e16-ac9a-6a1258538ab6&gps-id=pcDetailBottomMoreOtherSeller&scm=1007.13338.114053.000000000000000&scm-url=1007.13338.114053.000000000000000&scm_id=1007.13338.114053.000000000000000

[Iovch]

Пульт механический (кнопочный) или джойстик только дополняют виртуальный пульт, позволяют подкорректировать неточность наведения или произвести точное предварительное наведение на объект, никакие данные в виртуальный пульт при этом не идут.

[Denis Volodin]

........... А как трекинг и позиционирование по точности ведения/позиционирования работают в азимутальном режиме у тебя интересно?

Трекинг и позиционирование не проверял. К монтировке не приделал еще моторчики. Всё на столе.
Зато слепил пультик механический. И то пока не во всех резисторах разобрался  .

Не понятно с резисторами 20К между +5V и линиями А6, А7, А4, А5 (X sence, Ysense, Z sence, S sence).  Они должны быть? Или их заменяют резисторы 2,2К на пульте?

[Iovch]

Не понятно с резисторами 20К между +5V и линиями А6, А7, А4, А5 (X sence, Ysense, Z sence, S sence).  Они должны быть? Или их заменяют резисторы 2,2К на пульте?

Эти "подтягивающие" резисторы должны быть, причем до разъема подключения пульта. В некоторой степени это перестраховка, т.к. командами типа pinMode(CX_SENCE, INPUT_PULLUP) и без этого подключаются внутренние подтягивающие резисторы ардуино 30К. Но я много "чудес" уже от ардуино и этого шилда видел, так что рекомендую подпаять свои, реальные, физические резисторы на 20К.

[Владимир_214]

Схема контроллера монтировки 2018 ПОСЛЕДНЯЯ АКТУАЛЬНАЯ с пультом.jpg

Знакомые платки с драйверами. Я очень похожие на али брал. Радиаторы такие-же. Размеры аналогичные. Правда разводка немного другая. В общем вещь вполне кошерная за свои деньги. А почему сейчас очень популярна тема управления телескопом на базе ардуино не очень пойму? Удобно программировать или что? Я просто никогда под ардуино не программировал поэтому и спрашиваю. Сам подобную систему запилил с управлением не от Arduino, а от STM32 (проект на C,C++, всё что хотите, куча библиотек, удобное конфигурирование МК, USB на уровне MK - юзаю как интерфейс для управления с компа, тактовые частоты приличные). Вроди работает, правда лень систему до ума доводить. Моторы шевелятся, всё крутится в диапазонах от звёздных скоростей до скоростей наведения вполне себе приличных сравнимых с SYNSCAN GOTO. Правда для больших скоростей питания 12В маловато будет, подавал 24В, ибо сказывается влияние индуктивной составляющей токов на таких скоростях и происходят пропуски шагов на 12 вольтах. Потом смотрю я на прайсы на SYNSCAN GOTO и думаю, а что там может быть такого дорогого в этой системе? И ещё в последнее время мысли в голову лезут: что, мол дешевле товар не смогу запилить для рынка?? ХЗ честно говоря. Кстати вот люди с Украины той же тематикой занимаются собственно аж 2011г примерно. http://www.eqdrive.com.ua/. Кстати у них то же STM32. У них вроди бы люди берут даже, правда цен на их сайте не нашёл. Но нашёл их ветку в форуме наших братьев по бывшему СССР - http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=20674.0. Молодцы ребята, что сказать, они там умеют электронику проектировать, что ни говори.

[Iovch]

Эта тема не коммерческая. Исследуется возможность получения максимального функционала примитивными (минимально возможными) средствами электроники и программирования. 

[Владимир_214]

Возможно вопрос будет звучать наивно, но были подобные темы с коммерческим уклоном? Спасибо за ответ. Кстати насчёт "примитивными (минимально возможными) средствами электроники и программирования". Я использовал в своих красноглазых проектах платку https:///ссылка запрещена правилами форума//item/STM32F103C8T6-ARM-STM32-arduino-DIY-KIT/32839140960.html?spm=a2g0v.search0204.3.1.43c2278cNC7em2&transAbTest=ae803_5&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_2_10065_10068_204_318_319_10059_10884_10887_100031_10696_450_320_10084_10083_10103_5723515_452_10618_535_534_10307_533_532_10301_448_449%2Csearchweb201603_1%2CppcSwitch_0_ppcChannel&algo_pvid=30d0bad6-ddd6-4485-8002-398acc339d36&priceBeautifyAB=0&algo_expid=30d0bad6-ddd6-4485-8002-398acc339d36-0 на базе STM32F103C8T6. Для бюджетной сборки по соотношению функционал/цена плата я считаю идеальна. Кстати насчёт программирования сего девайса - - не сильно сложно, если вы хоть немножко программировали. Кто хоть раз успешно зажигал светодиоды самостоятельно на МК думаю сможет осилить, правда придётся посидеть прежде чем осознаешь некоторые ньюансы. Если кому будет интересно - могу изложить свой путь костылей и багов. Ну и приложу ссылку на замечательную статью, позволяющую управлять STM-кой по USB - http://narodstream.ru/stm-urok-33-hal-usb-virtual-com-port/. Люди, тренируйтесь!

[voiserg]

А почему сейчас очень популярна тема управления телескопом на базе ардуино не очень пойму? Удобно программировать или что? Я просто никогда под ардуино не программировал поэтому и спрашиваю.

Да, программировать в среде (интерфейсе) Ардуино-IDE просто и удобно новичку-любителю (в то время как профи ворочают линуксами).
Но Ардуино-IDE ведь не только для Atmega 328  - есть еще Мега 2560 - там памяти и периферии гораздо больше чем на Уно, Нано и т.п., которые исторически были первыми (хотя все они 8-разрядные).

Сам подобную систему запилил с управлением не от Arduino, а от STM32 (проект на C,C++, всё что хотите, куча библиотек, удобное конфигурирование МК, USB на уровне MK - юзаю как интерфейс для управления с компа, тактовые частоты приличные). Вроди работает, правда лень систему до ума доводить. Моторы шевелятся, всё крутится в диапазонах от звёздных скоростей до скоростей наведения вполне себе приличных сравнимых с SYNSCAN GOTO.
...
Потом смотрю я на прайсы на SYNSCAN GOTO и думаю, а что там может быть такого дорогого в этой системе? И ещё в последнее время мысли в голову лезут: что, мол дешевле товар не смогу запилить для рынка??

В наше благословенное время проблема не в том чтобы самому слепить какой-то хард (или купить готовый шилд, даже на 32 разряда) и залить в него какой-то самопальный софт, чтобы хард шевелился и крутился, а в том, чтобы этот само-софт мог общаться с готовым софтом - плнетариями и гид-программами через "стандартные" протоколы.
За эту "свободу общения" деньги берут (и немалые).
Вот  Игорь два года стучался в NexStar - так толком и не достучался, решил в паре с FlexLM сочинить собственную симфонию для компа с приблудой и  ГоТу на собственный список каталогов  (следующий шаг - собственный прогайдер ?).

Кстати, скорость вращения шаговиков на мех.входе и поворота осей-валов на мех.выходе не зависит от разрядности процессора.
Ваш простейший шилд с STM 32 стОит в сети АРдуино почти как Нано, периферии в нем выведено чуть больше, но меньше чем в Меге2560. Есть выигрыш в памяти - но большой размер программы не гарантирует ее потребительского качества.

[voiserg]

Эта тема не коммерческая. Исследуется возможность получения максимального функционала примитивными (минимально возможными) средствами электроники и программирования.

Напишите, пожалуйста, в каком состоянии сейчас USB-сопряжение Амаунта с про-гидами ?
Какой тип телескопа или монти нужно в них забивать ?
Прог-гидирование по ST4 через "коробочку Ионова" с FTDI 232 я уже сделал - но это ведь можно поставить вообще на любой пульт с кнопочным ручным управлением (только желательно программно понизить скорость - скорости наведения выше звездной для гида слишком большие) .

[voiserg]

Еще раз спасибо Игорю - за энтузиазм при внедрении само-Ардуино.
Ваш пример и инициатива сподвигли меня сделать собственные шаги на пути  "получения максимального функционала примитивными (минимально возможными) средствами электроники и программирования".

Еще год назад сделал простейший "универсальный" пульт, управляющий трекингом по обеим осям Х-У ручной регулировкой скорости от потенциометров
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,157133.msg4166626.html#msg4166626
У Игоря взял только управление джойстиком (с алгоритмом кодировки его команд), но и это быстрое наведение осуществил не пошагово через SteperStep, а непрепрерывно - командой tone.
Для экваториала там вообще просто - подбирается фиксированная скорость по RA,  а по DEC вообще ноль.
ДЛя азимутала вначале поумничал с "апроксимирующими функциями" для скоростей, но потом перешел на "линейное программирование" - скорость пропорциональна повороту потенциометра, независимо по каждой оси.
Команду tone вначале тоже использовал для непрерывного трекинга по Х, но потом перешел на пошаговый трекинг по Х как и по У.
Шаги я не считаю, потому что ГоТу для меня не актуально -(зато важно гидирование ).
По Х диапазон скорости от 0 до 2х-звездой  - это позволяет сопровождать звезды до высоты 70* , можно сделать и 3х-звездный максимум, чтобы подобраться ближе к зениту, но тогда точность уставки скорости меньше.
Направление меняется переключателем на цифровом входе.
По У диапазон скорости от -0,75 звездной через 0 до +0,75 звездной, т.е. направление меняется тем же потенциометром.

Таким образом в течение года производил "закат Солнц вручную" на своем альт-азимутальном БАССКе и SpectRoyal, ожидая пока Игорь доточит свой азимутал, подружив его с про-гайдерами.
Но в итоге решил сам сопрячь свой "универсал" с про-гайдерами через FTDI-коробочку Ионова - и результатом вполне доволен.
Спасибо Ивану7 за такую полезную и универсальную штуку, дающую доступ к про-гидам, ну а без ГОТУ с планетариями и каталогами я пока обойдусь.
Кстати, у Ивана7 тоже есть "виртуальный пульт", управление  фотоаппаратом и фокусером  тоже реализовано (хотя сейчас наверное имеет смысл переделать управление фокусером с "виртуального драйвера шаговика" на режим step-dir для сопряжения с готовыми драйверами шаговиков).

[Владимир_214]

Спасибо за ответы.
1.Интересная информация. Направили вы меня в нужное русло. А какими программулинами народ пользуется больше для управления монтировками, не подскажете? Например какую программулину лучше взять для астрофото и гидирования, а какую для того, что бы просто погулять визуально по небу? Сам знаком со StarCalc под винду, но он уже не поддерживается вроди (давно не уточнял) и Stellarium. Начал смотреть инфу по Stellarium. Так он в винде черз COM1..X общается, а в "этих линуксах" через /dev/ttyS1... Ну здесь всё понятно, а протокол то где взять, что слать в COM и как? Неужели правда, что большинство монтировок даже от разных фирм совместимы по протоколу общения с компом?
2. Как по мне, то идея подключения монтировки к ПК пользователя, на котором установлена программа планетарий,  через COM немножко ограничена. А если гипотетический дядя Петя сидит в Новосибирске за своим ПК с программой планетарием или вообще исследовательским софтом, а его телескопы раскиданы один в Архызе, другой на Колыме, третий в Антарктиде, как быть.. Не знаю как умные люди делают. Мне кажется, что правильнее например сделать, что бы монти общалась через COM или USB с маленьким простеньким сервером типа Raspberry PI или чего другого ещё проще, а уже этот сервачёк будет общаться через Ethernet, WI-FI и интернет в конце концов с дядей Петей из Новосибирска. Ну нечто подобное навороченой IP-камеры с приблудами и инструментами.

В общем я извиняюсь, но такие мысли мне приходят в голову по причине малого количества знаний и опыта в области управления монтировоками. Да и не в тему наверное, ибо речь идёт в данной теме о подключении всего одного телескопа допустим к одному ПК. Здесь дополнительная прослойка в виде сервера монтировки будет лишней.

[Владимир_214]

Спектроскопы БАССК, SpectRoyal
Наблюдения кинетической аберрации света звезд (нулевого и ненулевого порядка)

Ничего себе. Это же настоящие астрономические задачи можно решать наверное.

[Iovch]

Напишите, пожалуйста, в каком состоянии сейчас USB-сопряжение Амаунта с про-гидами ?

Пока никакое, только через "коробочку Ионова" с FTDI 232. Над сопряжением Амаунта с виртуальным пультом и тестированием азимутального режима (экваториал, похоже нормально работает) с FlexLM работаем. Как только избавимся от "косяков", заметных нам, выложим для тестирования. В принципе, все работает, недочеты понятные, приводим в приемлемое состояние.

[SeriousSam]

Доброго времени! Первым же делом хочется еще раз поблагодарить уважаемого Игоря Овчинникова за проделанную работу! Монтировка вращается, фокусер ездит. Перечитал всю тему, но никак не могу разобраться с передаточными числами редукторов.  Кто все эти числа?

Передаточные чиста для каждой конкретной монтировки следует рассчитать. Мне было это достаточно просто сделать, т.к. редуктор снаружи. Вот эти таинственные числа, не что иное как количество зубцов на ведомых и ведущих шестеренках, а 138 - количество зубцов колеса однозаходной червячной передачи 103/22*113/41*138=1780,69.

Для своей монтировки EQ3-2 нашел следующие параметры:

	Right Ascension	Declination
Motor Step Angle	7.5 degrees	7.5 degrees
Motor Gear Ratio	120:1	80:1
Worm Gear Ratio	130:1	65:1

По оси RA ведущая шестеренка 30 зубов, ведомая - 60. По оси DEC - обе по 20 зубов. Моторы - NEMA17, по 200 шагов/оборот, драйвер по RA - DRV8825, для DEC - пока А4988, но как прибудет посылка - поменяю на DRV8825. Какими получатся передаточные числа в этом случае?
И достаточно ли соотношения 1:1 по оси DEC для рефрактора 80/900? Может, имеет смысл заказать так же 1:2, как и по RA?

Заранее благодарен.

[Iovch]

Забавный перевод дает Яндекс переводчик "Worm Gear Ratio"! Но из того, что я понял, передаточные числа червячных передач на монтировке 130 по прямому восхождению и 65 по склонению (подправьте, кто знает точно по этой монтировке, если не так). Тогда итоговые передаточные числа в вашем случае получатся: 130/1*60/30=260 по прямому восхождению и 65/1*20/20=65. Про Motor Gear Ratio не совсем понял, видимо это данные по какому-то двигателю (Motor Step Angle 7.5) со встроенным редуктором, возможно, штатный комплект моторизации. В любом случае оба коэффициента 260 и 65 очень малы и надо постараться шестеренки с максимально возможными передаточными числами поставить. Оптимальное общее передаточное число для экваториала, полагаю, 1250 для обеих осей.

[SeriousSam]

Спасибо за ответ! Однако, он вызвал новые вопросы

Оптимальное общее передаточное число для экваториала, полагаю, 1250 для обеих осей.

Насколько я понимаю, для трекинга важна ведь только ось RA? Мотор на оси DEC нужен только для наведения телескопа? Тут, вроде как, можно и поменьше точности сделать?
А полученные числа меня, чесгря, поставили в тупик. Получается, для этой монтировки нужны шкивы с соотношением примерно 180  и 16 зубов (использую ременную передачу на ремне GT2)? Максимальное, что удалось найти на алике - 80 и 16.
Данные по монтировке брал отсюда: https://www.astroeq.co.uk/tutorials.php?link=/doku/doku.php?id=ratios#eq3-2

[Iovch]

Значит надо поставить шкивы с максимально возможным передаточным числом. Только еще смотреть, не будут ли слишком большие шкивы куда-нибудь упираться и мешать перемещениям монтировки. Для трекинга только по Ra перемещения нужны. Но хорошая точность по обеим осям не повредит.
Передаточное число определяет, на сколько отклониться монтировка за один шаг. Например установлен ШД 200 шагов на оборот с общим передаточным 1250: за один шаг 360/200/1250=0,00144 град = 0,0864 минуты = 5,184 сек за 1 шаг. В микрошаге 1/16 получится 0,324 сек за микрошаг. При уменьшении передаточного числа например в 3 раза, в 3 раза увеличится перемещение монтировки за 1 микрошаг, примерно до 1 сек хотя и эту величину можно считать приемлемой даже для астрофото.