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

[Cord]

Скачал новую версию виртуального пульта vcAMount20190318, но не смог подключиться, не видит компорт ардуинки (у меня на COM 16 сидит).  Предлагает  к COM 1 подключить.Причём в настройках порта два COM1 видны. Старая версия vcAMount20181227  COM16 и ардуинку на ней видит, и всё работает. Может авторы подскажут, куда копать, спасибо.

[Iovch]

Коментарий от FlexLM надо подождать. Знаю только, что эта версия под блютус на контроллере затачивалась. Можно попробовать в компьютере номер порта изменить. Зайти в дополнительные свойства порта и по-меньше номер задать.

[FlexLM]

В новой версии ВП изменил алгоритм подключения к COM-порту, чтобы была возможность управления ардуиной через блютуз.
Попробуйте проверить обновление в ВП, доступна бета-версия "vcAMount20190405.zip". Теперь есть особенность: если вы сначала запускаете ВП, а потом подключаете ардуину, то нужно однократно кликнуть мышкой по пункту меню "Порт", чтобы обновить список COM-портов. Или же сначала подключать контроллер и с небольшой паузой 3-5сек. запускать ВП. На счёт дублирования COM-портов проверю из-за чего в программе такой глюк. Если всё же не сможете подключиться, то попробуйте задать порт не выше COM9.
Нашёл недоработку в программе: у меня получился фильтр на проверку только однозначных чисел, поэтому у вас вместо COM16 отображалось COM1. Вероятнее всего, у вас псевдоэффект дублирования портов: COM1 и COM16. Исправил.

[FlexLM]

Эффект дублирования виртуальных COM-портов я замечал на Windows 8, когда включен блютуз. Почему-то в этом случае к названию порта функция C# добавляет произвольный символ, например, COM6i. Поэтому приходится фильтровать название. Дублирование возникает ещё, если на ПК блютуз несколько раз включить-выключить. Пока в поисках лучшего решения...
В целом,  управление по блютуз работает, мне понравилась возможность отказаться от подключения длинного usb-кабеля. Получается управление монтировкой через телефон, планшет. Например, доступна привязка и позиционирование через Skysafari Pro.

[Парча]

В целом,  управление по блютуз работает, мне понравилась возможность отказаться от подключения длинного usb-кабеля. Получается управление монтировкой через телефон, планшет.

А куда модуль блютус подключается?

[FlexLM]

Использовал модуль HC-06. Для согласования логики 3.3В блютус к шилду подключал через делитель напряжения.

[lolovo]

Блютуз - это здорово! Все идет на расширение проекта и выхода за его рамки!

Со своей стороны подведу здесь пока итоги, с позволения автора, по разработке астро контроллера, о котором писал ранее:

(кликните для показа/скрытия)

- Хотел сделать на ардуино, потом на стм32, но после недолгих исследований пришел к быстрому заключению, что памяти ардуино не хватит для реализации всего и вся в рамках одного МК. Поэтому перешел на стм32, который по началу тоже меня поставил в тупик той же проблемой - нехваткой памяти, но к моему счастью оказалось, что мой экземпляр (а может и все, что в продаже) имеет гораздо больше памяти, чем заявлено (погуглив, пришел к выводу, что это не блеф, а экономия на техпроцессе). В итоге был рад, что памяти хватит и колдовать на первых порах с оптимизацией кода не придется, достаточно будет обойтись готовыми библиотеками, которые и весили необоснованно много. Так что, вариант будет один - стм32.
- В проекте совместил всего отовсюду, но вдохновлялся OnStep'ом и этим проектом.
- Cоблюдается такой же принцип модульности, как и у OnStep Blue Pill + максимум коннекторов, чтобы удобно было стыковать с разъемами по вкусу + расположение на корпусе. Ненужные модули можно не использовать.
- Теорию проверил практикой посредством бредборда, но целостного продукта пока нет, выполнил только железную часть, выкладывать которую смысла нет пока не будет софтовой и все не будет проверено и, что самое главное, работать корректно.
- Коротко о фичах, которые будут:
   - 3 ШД драйвера (т.е. 3 модуля, которые можно по своему вкусу выбирать) с коннектором для ШД + защита драйвера с возможностью горячего подключения моторов без последствий. ms1-3,step,dir каждого контролируется МК.
   - вай-фай esp8266 (wemos d1 mini) для реализации беспроводного управления
   - gps (neo6mv2) для координат
   - rtc (часы с батарейкой - модуль с ds1307)
   - экран по желанию (на плате только коннектор), но с протоколом SPI (в моем случае задействован tft 1.8'' с sd картой)
   - сдкарта (на плате только коннектор) с протоколом SPI, так что можно использовать что угодно
   - два dc-dc конвертера (один на 3.3в на базе lm2596, другой на 12в на базе xl4015), чтобы разные блоки можно было использовать в качестве источника питания в пределах техпараметров регуляторов
   - пьезоизлучатель для звуковой индикации событий (запитан на 3.3в, звук при этом чуть хуже, чем при 5в, но тем не менее нормальный + потише )
   - коннектор под I2C (для gy9250, но можно и для другого задействовать.... хочу попробовать реализовать калибровку монтировки (помощь в первоначальной настройке осей) и, в принципе, задействовать под нужды управления)
   - грелка объектива и окуляра ШИМ (необходимая обвязка с коннекторами) с поддержкой датчика температуры ds18b20
   - коннектор с обвязкой для наружного датчика температуры ds18b20 + протокол I2C для возможности использования датчика bme280 для измерения влажности и давления
   - RJ11 разъем для проводного пульта + коннекторы для кнопок на корпусе (управление чз меню и экран, а так же управление моторами без пульта на корпусе)
   - коннекторы для вывода кнопок на корпус (+ с возможностью вкл/выкл led подсветки у кнопок) для быстрого изменения параметров скорости трекинга + вкл/выкл трекинга, а так же типа монтировки + вкл/выкл
   - коннекторы для LED индикаторов: питания, ШИМ грелок (будет гореть с разной яркостью в зависимости от интенсивности нагревания)
   - коннектор для управления системой охлаждения матрицы камеры: пин для выхода ШИМ сигнала, пин для приема данных температуры ds18b20 и выход для кулера для охлаждения пельтье (сделал для себя, чтобы удобно было), но в целом можно под разные нужды использовать

Теперь осталось софт допилить с использованием матчасти проекта Игоря (автора темы).

upd:    - так же коннектор будет для переключателя, чтобы можно было прошивать МК подключая кабель снаружи к модулю uart cp2102.

[Парча]

Вам в пору уже свою тему организовывать, типа Универсальная система управления телескопом на STM32 

[Парча]

FlexLM, ну и пожалуйста, поведайте о настройках. 

[FlexLM]

Если вопрос о настройках блютус, то для модуля hc-06 ничего дополнительно настраивать не надо. В ВП выбираете исходящий COM-порт блютуса. На ПК драйверы модуля должны сами установиться. Возможно, если ПК "слабый", то потребуется поиграться таймаутами порта в ВП "Настройки по умолчанию".

[Grazer]

Доброе утро.

Объясните парнокопытному за что отвечают параметры

"Полных шагов на двигателе в секунду" и "микрошагов в секунду на двигателе ..."

Как я понял они влияют на корректировку ведения. Первый параметр - плавность корректировки, второй дает эффект "залипания" клавиши пульта. Как оптимально подобрать эти параметры? Если их слишком занизить, возникают вибрации. Если завысить - звезда сильно скачет при корректировке.

Как работает алгоритм ведения?

[FlexLM]

Небольшие уточнения по подключению модуля HC-06.
RXD (модуля) подключается к TX (ардуино), TXD (модуля) - к RX (ардуино), GND (модуля) - к GND (ардуино). VCC (модуля) лучше подключить через выключатель к +5V (ардуино). При подключенном HC-06 прошить ардуину не получится и, чтобы физически не отсоединять модуль от контроллера удобнее выключить +5V, подаваемые на модуль.
Настройка HC-06 на ПК:
1. Включаем Bluetooth на ПК и ищем новые устройства.
2. Находим в списке устройств "HC-06" и подключаемся к нему.
3. ПК запросит пин-код. Вводим "1234".
При включенном на ПК блютуз будет создано два виртуальных COM-порта (обычно это COM6 и COM7). COM6 будет исходящим - компьютер запускает подключение (к нему и надо подключаться, т.к. HC-06 сам не умеет соединяться с другими устройствами). COM7 будет входящим - устройство запускает подключение (не используем).
Если ВП упорно не подключается к ардуине через блютуз (из-за недостаточного быстродействия ПК), при условии правильного подключения, тогда нужно попробовать настроить таймауты ВП в "Настройки по умолчанию".

[Парча]

FlexLM,спасибо за исчерпывающее пояснение.

[Парча]

Ура!!! Заработало!!!

[Cord]

Спасибо, последняя версия 20190420 работает, порт ардуины через USB видит. Через блютуз пока не пробовал подключать, но попробую обязательно.

[Iovch]

Объясните парнокопытному за что отвечают параметры "Полных шагов на двигателе в секунду" и "микрошагов в секунду на двигателе ..." Как я понял они влияют на корректировку ведения. Первый параметр - плавность корректировки, второй дает эффект "залипания" клавиши пульта. Как оптимально подобрать эти параметры? Если их слишком занизить, возникают вибрации. Если завысить - звезда сильно скачет при корректировке.

"Полных шагов на двигателе в секунду" непосредственно задает количество шагов в секунду на ШД когда двигатель работает ускоренном (полношаговом) режиме. "Микрошагов в секунду на двигателе " количество микрошагов в секунду - когда работает в микрошаге. Никакого отношения к плавности корректировки или эффекту "залипания" не имеют. Оптимально когда они все имеют одно значение, обычно от 350 до 800, зависит от используемого ШД. "Полных шагов на двигателе в секунду" - подбирается при работе на максимальной скорости "Микрошагов в секунду на двигателе " - на минимальной скорости. Желательно, чтобы эти значения имели максимально возможные значения, но не более 1000.

Как работает алгоритм ведения?

Упрощенно так. Контроллер в цикле отслеживает время. Высчитывает на сколько со времени последнего (микро)шага повернулась Земля, сравнивает с тем значением, на которое он провернет ось ПВ за микрошаг, если это значение больше или равно, то делает микрошаг. Если требуется, сделает несколько микрошагов.

Еще, у Вас я видел в настройках передаточное число по оси У=40000 Это невероятно большое число. При больших передаточных числах (примерно от 2500-3000) теряется точность ведения и позиционирования, т.к. не хватает точности вычислений (разрядности) Ардуино. Пока эта проблемка замечена, но не решена, перебрал несколько вариантов вычислений, но нет должного эффекта.

[Grazer]

спасибо за ответы.
У меня возникли проблемы с расчетом передаточного числа по восхождению...
Если с червячкой и шестернями все понятно, то с той системой которая у меня дело сложнее...

Монти самодельная. Пример механики  приведен на картинке

https://hsto.org/files/81c/aaa/cda/81caaacdad5e4e76b78f5b90d929b1a5.jpg (файл слишком большой для вложения)

Расчетная формула:

u=Z2/Z1*R/d,

где Z2 и Z1 - число зубьев на большой и малой шестернях соответственно (96/16=6)
R - радиус кривизны шпильки (175 мм)
d - шаг резьбы (M8x1.25)

Получается u=6*175/1.25=840.

По факту скорость не дотягивает. Ставлю u=2000 более-менее нормально ведет.

[Iovch]

По моим расчетам, передаточное число в таком случае u=Z2/Z1*2Pi*R/d=5277.88

[Grazer]

Спасибо. Можете ткнуть туда где я ошибся?

w2*R=Z1/Z2*dш.резьбы*w1,

где w1 - скорость телескопа.

2П/Tзв.сут=w2 - суточная угловая скорость трубы.

И далее вывожу u=Z2/Z1*R/d.

==========================

Для NEMA 17

const int iStepsDX   =  200;    //Полных шагов на 1 оборот двигателя X
const int iStepsXPS  = 1000;    //Полных шагов в секунду на двигателе X
const int imStepsXPS = 1000;    //Микрошагов в секунду на двигателе X
const int iXStepX    =   16;    //Кратность шага драйвера X
const int iBLX       =    0;    //Люфт редуктора Х в микрошагах
const double dRDX    = 5277,88; //Передаточное число редуктора X

[FlexLM]

У вас закралась ошибка 96/12=8. Тогда общее передаточное число будет другим.