Часовик и гид-порт для EQ3-2

[TomCat]

Продолжаю делиться своим самоделом. 
Не так давно появилась необходимость в небольшой экваториальной монтировке, с возможностью гидирования. По грузоподъёмности хорошо подходила EQ3-2, и было решено поставить на нее шаговые двигатели, а так же собрать контроллер часового ведения с гид-портом на Arduino Nano. Получилась не сложная коробочка, которую без каких либо переделок можно использовать как часовой привод по одной оси Ra, как и гид-порт монтировки. Возможно кому то будет полезна эта информация, а кто то захочет повторить конструкцию.
Начнём по порядку. Прежде всего нужны шаговые двигатели, контроллер, два драйвера шаговых двигателя, алюминиевый уголок для крепления двигателей, ремни, шестерни для редуктора, корпус и немного проводов. Я привожу перечень деталей, которые использовал сам, их конечно же много чем можно заменить, но я взял то, что было на тот момент дома.
Так как после моей прошлой самоделки (управление HEQ5 через bluetooth) было несколько вопросов в личку - «а какие надо брать детали, и где?» то тут привожу перечень деталей, c ссылками, где их можно заказать (скажу сразу, я не агент этих магазинов, ссылки актуальны на 26 октября 2017 года, если суровые модераторы будут против, то ссылки удалю)
Для крепления шаговиков нужен алюминиевый уголок со сторонами по 50мм, толщиной 2мм, длиной около 150мм. Из него надо будет выпилить 3 детали.
Arduino Nano —  нужна 1шт
Шаговые двигатели 17HS3430 — нужно 2шт
Драйвера шаговиков — DRV8825 — нужно 2шт
Малые шестерни (16 зубов, внутренний диаметр 5мм) — 2 шт
Большие шестерни (36 зубов, внутренний диаметр 6 мм. В продаже есть 6,35мм, но лучше взять шестерню с внутренним диаметром 5мм и рассверлить её до 6мм, я так и поступил) — 2 шт
Ремень на 130 зубов - 1 шт
Ремень на 140 зубов - 1 шт
Ремни как правило продаются партиями по 10 штук, но можно поискать меньше.
Корпус и разъёмы — по желанию, я использовал стандартный разъём под питание 12В, и 2 разъема DB9 под шаговики и под гид-порт, чтобы не было путаницы, один на корпус поставил «маму», второй «папу».
Еще нужен один коннектор RJ-12 под гид порт камеры (на 6 контактов).
Схема устройства показана ниже. На рисунке цвет проводов до шагового двигателя соответствует цвету проводов, идущих в комплекте с моими шаговиками, но возможно Вам попадутся другие цвета.
Монтаж я выполнил навесным способом, используя одножильный кабель от витой пары. Провод до шаговиков желательно взять сечением от 1мм и больше, как и провода питания драйверов. Arduino и драйверы шаговых двигателей желательно установить в панельки, это упростит замену (если что то выйдет из строя) и программирование контроллера. Перед первым включением ещё раз убедитесь, что схема собрана верно, и нет коротких замыканий. Провод гид порта нужно обжать в соответствии со схемой на картинке. Входные провода нужно подключить как указано на картинке (картинка разъёма соответствует разъёму гид порта на камере).
Верхняя часть платы и нижняя показаны на картинке.

[TomCat]

Из уголка выпиливаем 3 детали, как на схеме ниже, это крепления шаговиков к монтировке.
При установке шаговиков убедитесь, что шестерни стоят ровно, а ремни при движении не гуляют вверх-вниз по шестерёнкам.
Используемые шестерни дают передаточное число нашего редуктора 36/16=2.25. Шестерни большего диаметра установить затруднительно, так как шестерня по Ra уже начинает цеплять стопор оси Ra, и его необходимо немного обточить надфилем. Рисунок ниже.
В собранном виде это выглядит так.

[TomCat]

Если Вам достаточно только часового ведения по оси Ra, то шаговик по Dec, как и его крепление и драйвер DRV8825, можно не устанавливать. Более того, не потребуется даже менять прошивку контроллера.

[TomCat]

Программная часть.
Программирование контроллеров Arduino выполняется очень просто.
Для этого потребуется установить последнюю версию Arduino IDE https://www.arduino.cc/en/Main/Software
Если Arduino Nano попадётся китайской сборки с преобразователем USB<->COM на базе микросхемы CH340 (при установке будет видно в наименовании нового устройства), то дополнительно потребуется драйвер этой микросхемы. Найти его можно тут http://www.5v.ru/nano30-ch340g.htm
Вытаскиваем Ардуинку из панельки, и подключаем через USB порт к компьютеру (при необходимости устанавливаем драйвера по ссылке выше). Запускаем Arduino IDE, в разделе Инструменты → Плата, выбираем Arduino Nano. В разделе Порт, выбираем тот порт, на который сел наш контроллер. Его там будет видно сразу.
Копируем код приведённый ниже

Код: [Выделить]

// Определим входящие ножки гид-порта
#define pinDecPlus   2
#define pinDecMinus  3
#define pinRaPlus    4
#define pinRaMinus   5

// Определим ножки подключения ШД
#define motorDecDir  14
#define motorDecStep 15
#define motorRaDir   16
#define motorRaStep  17

// Переменные для задержки
#define pauseStep 10
int     pauseMs;
int     pauseUs;
int     pauseCor;

void setup() {
  // Инициализация портов
  pinMode(pinRaPlus,        INPUT);
  pinMode(pinRaMinus,       INPUT);
  pinMode(pinDecPlus,       INPUT);
  pinMode(pinDecMinus,      INPUT);
  pinMode(motorRaDir,       OUTPUT);
  pinMode(motorRaStep,      OUTPUT); 
  pinMode(motorDecDir,      OUTPUT);
  pinMode(motorDecStep,     OUTPUT);
  digitalWrite(motorRaDir,  HIGH);
  digitalWrite(motorRaStep, LOW);
}

void makeStep(char motorStep, char motorDir, bool dir) {
  if (pauseMs == 5) pauseCor = pauseCor + pauseMs; // учтём время, потраченное на гид, чтобы скорректировать паузу на шаге по Ra
  digitalWrite(motorDir, dir);                     // установим направление вращения ШД
  digitalWrite(motorStep, HIGH);                   // даём сигнал на шаг
  delayMicroseconds(pauseStep);                    // делаем задержку, чтобы ШД шагнул
  digitalWrite(motorStep, LOW);                    // снимаем сигнал шаг
  delay(pauseMs);                                  // выдерживаем паузу между шагами в ms
  if (pauseUs > 0) delayMicroseconds(pauseUs);     // выдерживаем паузу между шагами в us
}
void loop() {
  // Опрос гид-порта
  pauseMs  = 5;  pauseCor = 0;  pauseUs  = 0;
  if (digitalRead(pinRaPlus)   == LOW) makeStep(motorRaStep,  motorRaDir,  HIGH);
  if (digitalRead(pinRaMinus)  == LOW) makeStep(motorRaStep,  motorRaDir,  LOW);
  if (digitalRead(pinDecPlus)  == LOW) makeStep(motorDecStep, motorDecDir, HIGH);
  if (digitalRead(pinDecMinus) == LOW) makeStep(motorDecStep, motorDecDir, LOW);
  // Делаем очередной шаг по Ra
  pauseMs = 41 - pauseCor;
  pauseUs = 10;
  makeStep(motorRaStep, motorRaDir, HIGH);
}
и вставляем его в редактор кода (убедитесь, что до вставки там не было никакого кода, если он есть, удалите его). Далее нажимаем кнопку Загрузить, и ждём несколько секунд, пока внизу не появится надпись Загрузка завершена.
Отключаем USB шнур, вставляем контроллер назад в схему, и подаём питание. Двигатель по RA должен начать очень медленно вращаться. Чтобы добиться плавности хода, нужно правильно установить ток двигателей. Это очень важный шаг. Детальное описание процесса можно найти тут https://3deshnik.ru/blogs/akdzg/pravilnaya-nastrojka-toka-dlya-shagovyx-dvigatelej
Но я пошёл немного иным путём. Я включил устройство, и вращением резистора по звуку добился равномерного хода (при низком токе был явный провал в ходе). Для выставления тока шаговика Dec, я замкнул один из выводов гид порта по Dec на массу (ножка COMMON), и аналогично, по звуку выставил плавный ход двигателя. Для DRV8825 можно улучшить плавность хода, об этом хорошо рассказывает Иван Ионов в этом видео.

О температуре и стабильности хода. На самом начальном этапе были предположения, что при ночных колебаниях температуры, частота кварца уплывёт, и ход нарушится (будет отставать или убегать). Чтобы убедиться что это не так, я написал коротенькую программу, увеличивающую значение одной переменной на единицу, каждую секунду, и выводящую её значение в стандартный порт ввода-вывода, и мониторил значение этого счётчика при разных температурах в течении получаса (засекал внешним секундомером). Первый тест был при комнатной температуре (около 25 градусов), разницы хода в контроллере и секундомере не наблюдалось. Второй и третий этапы, пока жены не было дома, проходили в двукамерном холодильнике, при температурах +5 и -19 градусов. Отклонений хода времени контроллера, естественно после термостабилизации при контрольной температуре, не было в обоих случаях.

Тесты, в отсутствие погоды, и времени для выезда, проводились с балкона. Пришлось немного подкорректировать значение переменных задержки (изначально в коде была рассчитанная задержка в 46мс, но её пришлось уменьшить до 41мс — не было учтено время на опрос гид-порта), в остальном никаких проблем не было. Тесты проводились с объективом Canon EF 200mm F2.8L II на Canon 550Da. Фокусное расстояние гид-трубы 240мм, диаметр объектива 60мм. Камера-гид QHY5L-II. Гидирование велось в MaximDL. Ниже приведен график, и кроп тестового снимка с выдержкой 10 минут при диафрагме F/8 и ISO200.
Исходник тестового снимка можно скачать тут

Если нужно рассказать что то подробнее, пишите тут, с радостью отвечу на Ваши вопросы. Ясного Вам неба!

[Sweb]

Можно ли вместо MaximDL использовать другую программу для гидирования, например PHD или EQAlign? Нужно ли менять код? Спасибо. :-)

[TomCat]

я не работал с EQAlign, подсказать не смогу наверняка. А с PHD эта коробочка будет работать. Для этого в качестве монтировки нужно выбрать пункт On camera, и гид порт Вашей гид-камеры соединить с этой коробочкой.
Прошивку менять не придётся.
 

[Ямук]

Замечательно!
Сам сейчас занят этой проблемой, решения практически те же, за исключением Ардуинки(делаю на МК Atmega8, что суть то же самое почти). А вот программа на ассемблере пока что.
Нельзя ли более подробно осветить вопрос с гидирующей камерой?
Можно ли использовать камеру попроще, типа переделанной вебки без гид-порта, подавая упр сигнал через ПК ?
По программе: это же С, как я понял. В восторге от компактности кода, надо учить.
Для полярной оси используется задержка 41мс,  и 10 мс продолжительность подачи 1, т.е. период будет 41+10 =51 мс?
Я примерно понял, как рассчитывается период (исходя из передаточных чисел червычного редуктора тонких движений, ременной передачи, числа полюсов ШД), но будет лучше, если вы поясните. Т.к. железо у всех разное, считать каждый будет под себя.

ЗЫ: и как вообще на этом форуме плюс поставить?

[TomCat]

Можно ли использовать камеру попроще, типа переделанной вебки без гид-порта, подавая упр сигнал через ПК ?

можно, но для этого понадобится дополнительно собрать коробочку Ивана Ионова. Она подключается по USB к компу, настраивается в ASCOM-e, а 4 выходных ключа нужно подключить к моей коробочке.

Я примерно понял, как рассчитывается период (исходя из передаточных чисел червычного редуктора тонких движений, ременной передачи, числа полюсов ШД), но будет лучше, если вы поясните. Т.к. железо у всех разное, считать каждый будет под себя.

Рассчитывается очень просто.
1) У нас есть 2 редуктора. Первый - штатная червячная пара с передаточным числом 1:130, и наш - при использовании шертерёнок на 36 и 16 зубов, передаточное число будет 1/2.25. Общее передаточное число, это произведение этих чисел, то есть 1/292.5.
2) В сутках 23 часа 56 минут и 4 секунды, или 23*60*60+56*60+4=86164 секунды в сутках.
3) Один оборот в шаговых двигателях (ШД), это 200 шагов, или 360/200=1.8 градуса на 1 шаг. Но наши ШД работают в режиме микрошага (1/32), поэтому 1 микрошаг, это 1.8/32 = 0,05625 градуса.
4) Один оборот в режиме микрошага, это 200(шагов)*32(микрошагов на 1 шаг) = 6400 микрошагов. 360 градусов = 6400 микрошага.
5) За сутки (86164 секунды) ось RA должна совершить 1 полный оборот. Но у нас общее передаточное число 292.5, соответственно ШД за 1 сутки должен сделать ровно 292.5 шага.
6) В одном обороте ШД 6400 микрошагов (п4), значит за сутки надо сделать 6400*292.5 =1 872 000 микрошагов
7) Значит в одну секунду надо делать 1872000/86164 = 21,72601 микрогаша.
8 ) Итоговый интервал между шагами равен 1/21,72601 = 46.03мс.
Но это без учёта времени, необходимого на выполнение операций самим микроконтроллером (присваивания, опрос гид порта и тд). Я не стал искать точных данных по времени исполнения каждой команды, а просто подогнал эту задержку опытным путём. вышло 41.10мс.
41мс я задерживаю командой delay(pauseMs);
а 0.10мс, командой  if (pauseUs > 0) delayMicroseconds(pauseUs);
Обратите так же внимание, что задержка после корректирующих импульсов составляет 5мс (pauseMs  = 5; ) и если у меня были гидирующие импульсы по 5мс, то я делаю корректировку задержки по RA на величину общей задержки на корректировку (pauseMs = 41 - pauseCor; ) поэтому ведение по RА, не смотря на однопоточность программного кода, будет всегда равномерной. 

[Ямук]

Рассчитывается очень просто.

5) За сутки (86164 секунды) ось RA должна совершить 1 полный оборот. Но у нас общее передаточное число 292.5, соответственно ШД за 1 сутки должен сделать ровно 292.5 шага.

*оборота

Но это без учёта времени, необходимого на выполнение операций самим микроконтроллером (присваивания, опрос гид порта и тд). Я не стал искать точных данных по времени исполнения каждой команды, а просто подогнал эту задержку опытным путём. вышло 41.10мс.
 

Можно пойти другим путем. Инициализировать таймер-счетчик, так чтобы на него подавалась тактовая частота, деленная, скажем, на 64. Записать в него рассчитанный коэфф, равный половине  времени шага ШД. Подпрограмма по прерыванию таймера будет инвертировать вывод порта для подачи на контроллер ШД. Все это будет абсолютно независимо от операций в основном цикле.
Но как это сделать в С, я не знаю.

А коробочку Ивана Ионова лучше тогда встроить в схему, чтобы не плодить сущностей :-)

И кстати, можно ещё добавить кнопочный пульт, т.к. оси микродвижений с подключенными ШД будут недоступны.

ЗЫ: Посмотрел сейчас на схему, там не нужно контроллеры ШД запитывать отдельно от 5 В? Вывод второй снизу справа?

[TomCat]

*оборота
 

Верно, спасибо за правку, в торопях писал 

Можно пойти другим путем. Инициализировать таймер-счетчик, так чтобы на него подавалась тактовая частота, деленная, скажем, на 64. Записать в него рассчитанный коэфф, равный половине  времени шага ШД. Подпрограмма по прерыванию таймера будет инвертировать вывод порта для подачи на контроллер ШД. Все это будет абсолютно независимо от операций в основном цикле.
 

тоже вариант, и на Си таймеры довольно просто реализуемы. Нужно только корректировать его ход, при движении по сигналам с гид-порта Ra- и Ra+. Если же цель сделать простой часовик для визуала, таймер окажется хорошей альтернативой моему варианту.

А коробочку Ивана Ионова лучше тогда встроить в схему, чтобы не плодить сущностей :-)
 

можно поступить проще - в Ардуинке уже есть USB порт, и при установленном драйвере, она уже определяется в системе как СОМ порт. достаточно передавать в него управляющие сигналы. А на Ардуинке чуть изменить прошивку - анализировать кроме гид-порта еще и SerialPort, и выполнять соответствующие команды. Кстати, так можно и goto реализовать 

И кстати, можно ещё добавить кнопочный пульт, т.к. оси микродвижений с подключенными ШД будут недоступны.

Тоже легко реализовать. Их можно припаять прямо к гид-порту, нужно ещё вывести еще 2 кнопки - плюс и минус, чтобы менять на ходу значение переменной задержки, и тем самым регулировать скорость.

ЗЫ: Посмотрел сейчас на схему, там не нужно контроллеры ШД запитывать отдельно от 5 В? Вывод второй снизу справа?

Всё правильно посмотрели. Питание +5В на драйверы подавать не надо.

Моя прошивка занимает только 3% памяти в Ардуинке, так что потенциал для внедрения новых фич очень большой. 
А мне было достаточно только часового привода и гид-порта 

[Ямук]

Если же цель сделать простой часовик для визуала, таймер окажется хорошей альтернативой моему варианту.

Я уже накропал это в ассемблере, по наивности считая, что часовика достаточно для астрофото. Однако буду делать ваш вариант теперь.

можно поступить проще - в Ардуинке уже есть USB порт, и при установленном драйвере, она уже определяется в системе как СОМ порт. достаточно передавать в него управляющие сигналы. А на Ардуинке чуть изменить прошивку - анализировать кроме гид-порта еще и SerialPort, и выполнять соответствующие команды. Кстати, так можно и goto реализовать 

Основная сложность здесь - подружить это с программой гидирования.

[mo]

Хороший проект.

Можно пойти другим путем. Инициализировать таймер-счетчик, так чтобы на него подавалась тактовая частота, деленная, скажем, на 64.

Да, мне тоже кажется лучше через таймер. Я шесть лет назад делал это для eq1/2 на атмеге (16 МГц) и AVR Studio. Можно портировать под Arduino Nano, код небольшой. Собирал на дешёвом распространённом униполярнике с редуктором - ST35 звать, али им завален. Работает в полушаге, мельче на том моторе нет смысла (разве что для доп. плавности), крупнее (шаг) тоже не айс, вибрации увеличиваются.

Мой код, правда, сейчас гляжу, заточен под пульт, но опять таки, можно переписать и под гид в 0.5х звёздной, например: http://download.milantiev.com/astro/EQ/eq1.c

[mo]

О, нашёл ещё вот это:


И код: firmware / ASCOM к нему. Кажется, я тогда остановился на разгон/торможении и пульсгиде в аскоме.

Денис, могу всё передать тебе на изучение, если охота зомби оживлять

[Ямук]

Денис, могу всё передать тебе на изучение, если охота зомби оживлять

А можно просто выложить как есть 

[TomCat]

Денис, могу всё передать тебе на изучение, если охота зомби оживлять

Спасибо Олег, но боюсь у меня на это не будет времени. Моя монтировка уже заработала как мне надо, а в планах ещё много интересных проектов

[TomCat]

Я уже накропал это в ассемблере, по наивности считая, что часовика достаточно для астрофото.

Для не сложной фотографии (небольшой фокус и не длинные выдержки) достаточно. Есть масса треккеров, ведущих только по RA, и на которые прекрасно снимают (я сам несколько лет снимал на Astrotrac). В длиннофокусные аппараты с часовиком вполне можно снимать Луну и Планеты.

[Ямук]

В длиннофокусные аппараты с часовиком вполне можно снимать Луну и Планеты.

Страшную вещь скажу. Луну можно снимать вообще без трекера, в телескоп.
Яркость высокая, выдержки маленькие.
Планеты не пробовал, дождусь Юпитера - посмотрим.
Сложность ещё в том, что Полярная мне недоступна (с балкона).

[TomCat]

Сложность ещё в том, что Полярная мне недоступна (с балкона).

У самого та же проблема. Но есть полезная тема от Коли.

[TomCat]

Эдуард Важоров нашёл на алиекспрессе вот такую интересную плату

Эта плата отличная замена ручной пайке. Паять или перепаивать ничего не придётся, всё что потребуется сделать, это программно определить, на какой ножке находятся двигатели и вход гид порта.
Для двигателей, делается это в этом участке кода.

// Определим ножки подключения ШД
#define motorDecDir  14
#define motorDecStep 15
#define motorRaDir   16
#define motorRaStep  17

на али указана такая распайка ножек на моторы

# Определить X_STEP_BIT 2/UNO цифровой Булавки 2
# Определить Y_STEP_BIT 3/UNO цифровой Булавки 3
# Определить Z_STEP_BIT 4/UNO цифровой Булавки 4
# Определить X_DIRECTION_BIT 5/UNO цифровой Булавки 5
# Определить Y_DIRECTION_BIT 6/UNO цифровой Булавки 6
# Определить Z_DIRECTION_BIT 7/UNO цифровой Булавки 7

При использовании двигателей в разъёмах Х (ось RA) и Y (ось DEC), код в прошивке будет выглядеть так:

// Определим ножки подключения ШД
#define motorDecDir  6
#define motorDecStep 3
#define motorRaDir   5
#define motorRaStep  2

к сожалению не смог достоверно увидеть, куда подключены контакты, помеченные у разъёмов Х+ Х- Y+ Y-. их можно будет использовать в качестве входа для гид порта, указав соответствующие ножки в разделе

// Определим входящие ножки гид-порта
#define pinDecPlus   НОЖКА Y+
#define pinDecMinus  НОЖКА Y-
#define pinRaPlus    НОЖКА Х+
#define pinRaMinus   НОЖКА Х-

Был так же вопрос о применении драйверов А4988.
Что до применения А4988, то их тоже можно использовать, но они могут выдать только 16 микрошагов на 1 шаг двигателя, и на больших фокусных расстояниях звёздочки будут вытягиваться в треки, но эти треки будут всегда в одном месте на снимке.  При использовании этого драйвера придётся немного пересчитать задержку между шагами. Вот тут я описывал методику расчёта. Нужно будет пересчитать значения, начиная с 4го шага. на А4988 будет не 32 микрошага, а 16. Получится 200*16 = 3200 и тд... итоговая задержка должна составить около 92мс.
эту задержку устанавливаем в строке:

  // Делаем очередной шаг по Ra
  pauseMs = 41 - pauseCor;

надо указать:

  // Делаем очередной шаг по Ra
  pauseMs = 92 - pauseCor;

но вероятно придётся это значение немного подобрать опытным путём (в пределах, я думаю, от 80 до 92), как и десятые доли микросекундной задержки.

pauseUs = 10;

Я делал так - выставлял полярку, наводил на яркую звезду в восточной части неба, и делал последовательно 2 кадра по 2 минуты, и смотрел, куда вытягивается трек. Если он ползёт вверх, значит монтировка отстаёт (нужно уменьшать задержку между шагами), если ползёт вниз, значит монтировка обгоняет (нужно увеличить задержку между шагами). Если между двумя последовательными числами задержки (например 40 и 41) будет наблюдаться обгон и отставание, то начинаем аналогичным образом подгонять значение задержки в переменной pauseUs (микросекунды). Как звёздочка стала точкой, можно увеличить выдержку фотоаппарата, и точнее подобрать значения задержки.

[Ямук]

Я правильно понял, что это - переходник с ардуинки на контроллеры ШД?
Мне спаять проще (и интереснее).
Склоняюсь все-таки к самодельной плате на Atmega8, все почти готово кроме механики.
В Караганде не купить нужных шкивов, выписал, жду.
Переход с 1/32 шага  к 1/16 настолько критичен? У меня как раз А4988, но и фокусное будет не больше метра.