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

[Skyangel]

Вы на вопрос не ответили..


Судя по всему, вы к этим проводкам , отключив их от платы, подключили питание, понятно что будет кз..
Расскажите поподробнее, что вы делали...

[andovin]

Судя по всему, вы к этим проводкам , отключив их от платы, подключили питание, понятно что будет кз..
Расскажите поподробнее, что вы делали...

Нет конечно, все было подключено к плате как положено. После КЗ удалил их и поставил перемычку для проверки работоспособности.

[Vasily74]

Всем привет, давно здесь не был. Кажется эту ссылку я уже приводил. Обращайтесь к Игорю Петрову (Laplase).

Спасибо.

[M_Z]

А что за драйвер ШД используется? Если DRV8825, то у него это "встроенная" проблема на малых скоростях: он пропускает приличное количество микрошагов вблизи нуля.
Решается либо усложнением схемы,  либо выбором другого драйвера (скажем, тринамиковского).
У меня студент делает управление экваториалом, наткнулся на этот косяк (я-то никогда не работал с ШД на столь малых скоростях).
Дополнительным бонусом тринамиков является возможность программно задавать рамп.

Есть вопрос: можно ли с выходов этой микросхемы DRV8825 в режиме микрошага на 32 пропустить через два ФНЧ, получить два синуса, подать на мостовые 4-хканальные аудиоусилители TDA 7560 или другие (синусы с искажениями 0,1% или лучше) и подать на шаговый двигатель - будет ли соблюдена линейность скорости вращения двигателя при синусоидальном сигнале и будут ли пропуски микрошагов, или их уже в принципе не будет?

[Eddy_Em]

Пропуски все равно будут. А еще в микрошаговом режиме сильно падает полезный момент по сравнению с полношаговым.
Я бы посоветовал желающим сделать самодельный привод телескопа использовать либо двигатели с большим динамическим диапазоном вкупе с понижающим редуктором (чтобы скорости 15''/с соответствовала скорость двигателя около 10 шагов в секунду, в этом случае на скорости 10000 шагов в секунду получим около 4°/с, чего достаточно для небольших перенаведений), либо использовать два двигателя, либо двигатель с "коробкой передач" на пару-тройку ступеней.

Но еще правильней не использовать шаговые двигатели для этой цели!

[Serj]

Двухмоторный привод в любительской монтировке видел, пожалуй, только раз. Это же не БТА. Чтобы не сильно падал момент, нужно использовать движки с низкой индуктивностью и как можно большее питающее напряжение.

[M_Z]

будет ли соблюдена линейность скорости вращения двигателя при синусоидальном сигнале

Не появится ли синусоидальная периодическая ошибка? Не будет ли это аналог вентильного тихоходного двигателя? А для увеличения полезного момента поднять напряжение питания. Разумный нагрев двигателя.

[Eddy_Em]

нужно использовать движки с низкой индуктивностью и как можно большее питающее напряжение.

Просто  не нужно использовать шаговые двигатели в несвойственных для них режимах!
Ну поставьте вы туда скоростной двигатель постоянного тока через редуктор. Нацепите на него обычный инкрементальный энкодер — и будет вам счастье (а кто побогаче, может себе позволить абсолютные энкодеры на обеих осях, это вообще здорово)!

[viktor0154]

Может кому поможет. Скрины гида вебки Логитек С270 плюс об'ектив Гелиос 44 в проге SharpCap.Более светлые - с полностью открытой диафрагмой, темнее с частично прикрытой.Красная зона засветки- почти центр Нижнего Новгорода, лёгкая дымка- глазами видны только самые яркие звёзды типа Марса,Альдебарана, Регула и т.п.

[Vladimir_astroscope]

Доброго времени суток, товарищи. Собрал и успешно обкатал данную систему управления. Авторы огромные молодцы, и за это им отдельное спасибо! Есть один момент, касающийся работы шаговиков. Это их разгон и торможение. У всех начало и конец движения при наведении начинается резко, почти ударно? Или только у меня?) Случаем нельзя взять алгоритм расчета параметрами ускорения из того же grdl?

[FlexLM]

ШД начинают вращение сразу на максимальной скорости (у меня это 16кГц), которая зависит от imStepsXPS и imStepsYPS. Поэтому вполне возможны описываемые вами эффекты. Кстати, реализация разгона и торможения наверняка позволит повысить макс. скорость, а значит монтировка сможет быстрее позиционироваться.
У кого есть опыт и наработки по этому вопросу напишите мне. Было бы здорово реализовать это на 8-bit Arduino, хотя для этого проекта её ресурсы близки к конечным.

Подготавливаю инструкции для своего проекта управления AltAz-монтировками через свой планетарий на Android, можно и из SkySafari... Пока рассчитываю на визуальные наблюдения. Кому интересно - пишите.

[Eddy_Em]

У кого есть опыт и наработки по этому вопросу напишите мне.

Опыт есть: на STM32 при помощи таймеров и DMA (один таймер генерирует ШИМ для входа STEP, другой пинает DMA). Но т.к. шаговик - крайне медлительная штука, можно и в прерывании это делать. Вот здесь, в системе управления шаговиками фотометра для Ц-1000, я сделал движение как раз на прерываниях с конечными автоматами. Микроконтроллер там используется самый дешевый (до "кремниевого кризиса" он стоил около 30 рублей в мелких партиях): STM32F030F4P6.
Что до системы управления телескопом, то лучше всего было бы здесь использовать Cortex-M4 (например, STM32F303), у которого есть нормальные аппаратные флоаты и можно не мучиться с вычислениями с фиксированной запятой.

[Vladimir_astroscope]

Кстати, реализация разгона и торможения наверняка позволит повысить макс. скорость, а значит монтировка сможет быстрее позиционироваться.

Кроме того это позволит повысить точность наведения, так как уйдут резкие рывки и будет меньше шансов на проскальзывание тех же фрикционов, ну или как у меня, стопорных винтов.
На счет пределов атмеги, те же чипы используют в любительских чпу, и там с ускорениями все в порядке. Но хватит ли оставшейся производительности общитывать весь прочий функционал, это да, пока вопрос открытый.

[ma][im]

ШД начинают вращение сразу на максимальной скорости

Это конечно не дело, посмотрите коды Алекса Гайвера по управлению шд, реализация моделирования на каждом такте скорости шд с учётом разгона и торможения при управлении по скорости довольно серьезная штука, дерзайте и да, нанки вам не хватит.

[Serj]

Не проще ли взять l6470 которая сама это всё делает? Тогда и нанки хватит, и ещё останется.

[Eddy_Em]

Не проще ли взять l6470 которая сама это всё делает?

Тогда и для управления взять одноплатник. Orange PI zero за тысячу рублей за глаза хватит, чтобы управлять, содержать приличный каталог объектов, вычислять СКН и даже гидировать при необходимости…

[Vladimir_astroscope]

Не проще ли взять l6470 которая сама это всё делает? Тогда и нанки хватит, и ещё останется.

Это вроде бы как программируемый драйвер, или я что-то путаю?

[Eddy_Em]

У тринамиков есть превосходные драйверы шаговиков, к тому же недорогие (рублей 500-700 за микросхемку). Интерфейс STEP/DIR, но по SPI/I2C/UART можно задавать всевозможные параметры. Знай себе проверяй периодически, совпадает ли счетчик шагов с положением вала по энкодеру (или вообще можно генерировать шаги вплоть до достижения заданного положения).
Но, опять же повторю: шаговик — крайне плохая идея для управления телескопом. Лучше взять обычный двигатель (синхронный, асинхронный, постоянного тока и т.п.) с энкодером и драйвер к нему. Динамический диапазон будет намного выше, так что можно будет спокойно подключить двигатель к оси телескопа через редуктор 100:1, например.

[Serj]

Это вроде бы как программируемый драйвер, или я что-то путаю?

Нет, управляемый через SPI. Говоришь ему: настройки у тебя будут такие, максимальная скорость такая, ускорения такие. Иди-ка прогуляйся на... И он идёт, сам, без всякого step/dir. Можно спросить где находишься в текущей момент. Как задание выполнит - отзвонится.

[Serj]

Лучше взять обычный двигатель (синхронный, асинхронный, постоянного тока и т.п.) с энкодером и драйвер к нему. Динамический диапазон будет намного выше, так что можно будет спокойно подключить двигатель к оси телескопа через редуктор 100:1, например.

Плавали, знаем. Только что делать с люфтом этого редуктора и его периодической ошибкой. Спросите у астрофотографов, что они купят, монтировку с шаговым или с "будильником". Ответ очевиден.