Вентиляция ШК Meade 12"

[SpaceEngineer]

Потом запаял оставшиеся детали - кнопки с длинными нажимными штырьками, коннекторы и один из датчиков температуры. Воткнул дисплей в плату, и, после проверки отсутствия коротких замыканий по питанию, подключил БП. Работает! Осталось отмыть флюс спиртом. Кстати, кто заметит косяк?

[SpaceEngineer]

После заказа платы в Резоните, чтобы не терять время, я занялся разработкой корпуса. Хотя лучше бы и плату, и корпус разрабатывать одновременно. Удобно, когда крупные компоненты (дисплей, разъёмы) уже есть в наличии - можно их обмерить штангенциркулем. Особенно важно измерить высоту дисплея, воткнутого в плату через PLS гребёнку. У меня весь "бутерброд" получился толщиной аж 19 мм. Сейчас, если бы я разрабатывал вторую версию девайса, я бы расположил плату модуля дисплея в одной плоскостью с основной платой, или вообще использовал бы матрицы на шлейфе, вроде таких. Корпус рисовал в SoldWorks. Для облегчения работы, импортировал в эскиз чертёж платы из KiCad, и чертёж задника телескопа, который использовал для сверления. Тут-то и обнаружил, что в чертеже были ошибки. На первом наброске казалось, что контроллер отлично вмещается точно по середине задника сверху. Но примерка распечатки к телескопу выявила досадный косяк: верхний кулер оказался смещён вправо на пол-сантиметра. Это из-за того, что некоторые окружности в чертеже задника были неконцентричны. Что ж, пришлось контроллер смещать вправо, делая его корпус асимметричным.

Вот такая получилась модель. Корпус состоит из двух половинок: задняя крышка прикручивается к заднику телескопа (три кабеля от кулеров и термодатчиков проходят через отверстие в ней и в заднике), потом к ней прикручивается плата, кабели проходят к разъёмам под ней (там есть зазор в 5 мм), а сверху надевается лицевая часть корпуса с боковыми стенками, и прикручивается с боков маленькими винтиками с потайной головкой. Четыре кнопочки надеваются на штырьки кнопок, их длины как раз хватает; бортики у кнопочек не дают им вывалиться. Все разъёмы находятся с одной стороны, поэтому надеть корпус несложно. Но вот термодатчик, установленный на плате, должен торчать вниз через отверстие в корпусе. Это добавляет сложностей при сборке: приходится сгибать под ножки углом, чтобы просунуть в отверстие, и одновременно надевать корпус на разъёмы и кнопки, а потом пинцетом выпрямлять датчик. Надо было это учесть и сделать его торчащим с той же стороны, что и разъёмы (хотя там почти не оставалось места).

[SpaceEngineer]

В лицевой крышке корпуса, с внутренней стороны, предусмотрено углубление для стекла, накрывающего дисплей.

Напечатанный корпус. Цвет пластика белый, но я всё равно потом покрасил его (и адаптеры для боковых кулеров) чёрной матовой краской. Лучше заказывать корпус у фирм, которые умеют проводить финальную обработку - шпаклёвку и покраску, нанесение шелкографии. Гладко зашкурить напечатанную деталь не получится - из внешнего слоя будут выдёргиваться нитки, а внутренние слои тоже состоят из ниток, так что гладко всё равно не получится. Надо шпаклевать и красить, но я забил и просто покрасил.

Кстати, про надписи на кнопках или на корпусе рядом с ними я долго думал, но решил их не делать. Печать рельефных символов 3D принтером, скорее всего, была бы низкого качества (толщина нити аж 0.4 мм). Потом уже понял, что можно было бы всё-таки сделать простые значки на кнопках рельефом (просто три чёрточки для кнопки меню, стрелки < >, и какой-то значок для кнопки Ok), а потом, после покраски, аккуратно сошлифовать их наждачкой. Получились бы белые символы на черном фоне. Т.к. пластик довольно прозрачный, можно было бы на плате рядом с кнопками разместить несколько красных светодиодов, и получилась бы аккуратная подсветка. Как потом выяснилось, она бы реально не помешала - хоть кнопок всего четыре, их легко спутать в темноте. К тому же кнопки получились заподлицо с корпусом, из-за чего их ещё труднее находить в темноте. Надо делать их выпирающими хотя бы на пару миллиметров. Хотя, ничто не мешает распечатать новые - может быть, займусь.

Овальная штуковина справа от кнопок - заглушка для старого отверстия для проводов в заднике телескопа, которое я просверлил ранее, когда хотел устанавливать контроллер слева.

Установил плату в корпус. Всё отлично встаёт на свои места, не зря потратил сколько времени, измеряя детали штангенциркулем. Правда, кнопочки довольно сложно устанавливать, они вращаются на штырьках и соскакивают. Потом я их просто приклеил к этим штырькам.

[SpaceEngineer]

Третий этап.

Всё готово к установке на телескоп. Для этого его придётся снова разбирать. Второй этап растянулся где-то на месяц, а всего между первым и третьим этапом прошло где-то 4.5 месяца. Всё это время телескоп использовался для балконных наблюдений с кулерами и реобасом. При первой разборке я помыл оптику, так что можно оценить степень её загрязнения за это время. Грязи много, пришлось снова всё мыть По состоянию корректора можно видеть уровень пыли в Питере летом, а по состоянию зеркала - отвратный уровень фильтрации сеточками, в которых стоит тонкий слой поролона. А может быть, всё дело в наличии щелей между боковыми кулерами и трубой, ведь тогда у меня ещё не было напечатанных адаптеров. Но на всякий случай я под поролон положил кусочек плотной ткани. Посмотрим, как она себя покажет.

В общем, разобрал телескоп, установил адаптеры для боковых кулеров (уже покрашенные в чёрный), просверлил новое отверстие под провода в верхней части задника. Кое-как присобачил к проводам разъёмы (см. ниже), подключил плату и проверил, как всё работает. Разъёмы собирал уже после просовывания проводов, иначе пришлось бы сверлить здоровенную дырку.

[SpaceEngineer]

Сверлил, как и раньше: распечатал шаблон, приложил, накернил, просверлил через кондуктор (пришлось его разобрать и использовать сам диск с отверстиями, места было мало). Крепёжные отверстия для задней крышки корпуса сделал глухими (хотя одно случайно получилось сквозным). Нарезал резьбу М3 в них. Тут обнаружил ещё один косяк: отверстие под провода в крышке корпуса слишком маленькое. Я не учёл, что разъёмы крупные, и, если захочется снять крышку, их будет не просунуть. Пришлось увеличить отверстие напильником. Также пришлось выпилить углубления для винтов M3 с шайбами в боковинах крышки, иначе они не влезали.

[SpaceEngineer]

Тут выявилась проблема с разъёмами CHU и им подобным - без специального инструмента их совершенно невозможно качественно обжать. Я пробовал разные методы из интернета. Пайка с обжатием плоскогубцами - самое надёжное, но выглядит очень колхозно, и всё равно обрывается после нескольких выдёргиваний разъёма (а выдёргивать его приходится за провода). В итоге плюнул, покопался в коробках с компьютерным железом, и нарыл четыре двухжильных провода с CHU штекерами. Разобрал их (отщёлкнул контакты) и использовал с имеющимися корпусами для 4-контактной CHU вилки. С другой стороны, внутри телескопа, для подключения кулеров, принёс в жертву один из разветвителей, которые шли в комплекте с кулерами. Т.е. просто обрезал провода подальше от разъёмов, просунул в отверстие в трубе, и спаял вместе. Места разреза на каждой из 4 жил выбирал со сдвигом на 2 см, чтобы они не перекрывались и не коротили - так можно засунуть их все в одну общую термоусадку. Но кабель получился слишком толстым и негибким. Поэтому просто надел маленькие термоусадки на места пайки каждой из жил. Для термодатчиков нашёлся экранированный стерео кабель от встроенного усилителя колонок (он сгорел, я его заменил на TDA7294, а провода и плату сохранил как раз в качестве донора органов). Его я тоже обрезал с одной стороны и припаял туда два термодатчика - один для закрепления внутри трубы, от него снова кабель ко второму, который будет крепиться на зеркало. Фото крепления датчика на зеркало не сделал, но там примерно то же самое, что и раньше, только использовал термоскотч вместо термоинтерфейса.

Для покраски деталей корпуса я использовал баллончик с матовой чёрной краской. Обрезку проводов перед пайкой осуществлял, постоянно примеряя плату в корпус. На этом этапе телескоп был уже полностью собран, поэтому я заклеил кулеры малярным скотчем, чтобы не уронить в них винтики.

[SpaceEngineer]

Стекло вклеил в корпус обычным силиконовым герметиком. Поверх стекла, с внутренней стороны, на тот же силикон приклеил кусок прозрачной красной плёнки. Дело в том, что минимальная яркость дисплея оказалась великовата. А с этой плёнкой - то, что нужно, на уровне 3-4 уровня яркости дисплея пульта телескопа. На силикон клеить - довольно колхозно, при косом освещении видно, что плёнка легла волнами. Но на читаемость дисплея не влияет.

Не рекомендую использовать такой OLED дисплей без защиты. Его пластиковая поверхность легко царапается. Я поцарапал её, когда протирал б/у салфеткой из микрофибры (наверное, на салфетке была абразивная пыль).

Финальная установка на телескоп. Кнопочки приходится направлять ручкой. Внизу видно отверстие, в из которого торчит датчик температуры.

[SpaceEngineer]

Вот такой получился девайс. Все чертежи, схемы и код прошивки выложены на гитхабе. Если кто-то будет повторять, вот краткая инструкция.

(кликните для показа/скрытия)

Устройство имеет 4 кнопки [menu], [<], [>], [ok]. После подачи питания, показывается информационный экран. На нём отображается температура с датчиков, дельта T, скорость кулеров, напряжение питания. Можно переключать режимы с помощью кнопок [<] и [>]. Обозначения: A - ambient (датчик внутри устройства), E - external (выносной датчик), M - mirror (датчик на зеркале), T - tube (датчик внутри трубы), F - front (передние кулеры), R - rear (задние кулеры), вращающийся символ вентилятора - max(front, rear), символ батарейки - напряжение питания.

Нажатие кнопки [menu] или [ok] откроет настройки. Нажимая [<] и [>], можно переходить между пунктами меню и менять установки, нажимая [ok] заходить в субменю, нажимая [menu] - выходить обратно. Схема меню:

- Cooling
-- Fans enabled [значения "off", "on"]
-- Mode once cooled [значения "Keep delta T", "Keep blowing", "Keep drawing", "Stop"]
-- Target delta T [значения 0.05, 0.1, 0.2 ... 3.0 °C]
-- Cooling speed [значения 5, 10, 15 ... 100 %]
-- Keeping speed [значения 5, 10, 15 ... 100 %]

- Sensors
-- Target delta T pair [значения "Mirror and Ambient", "Mirror and External", "Mirror and Tube"]
-- Assign sensors [выбрать нужный датчик DS18B20 по его адресу и нажать [menu] для применения]
---- Mirror
---- Tube
---- Ambient
---- External

- Display
-- Brightness [значения 0, 1, ... 10]
-- Contrast [только если установлен ЖК дисплей; значения 1, ... 10]
-- Timeout [значения "Disabled", 5, 10, 15, ..., 120 секунд]
-- Test [все пиксели дисплея включются до тех пор, пока не будет нажата [menu]]

- Information
-- Uptime [время, прошедшее с момента включения]
-- Fan stuck alarm [значения "off", "on"]
-- Low battery alarm [значения "off", "on"]
-- Battery alarm voltage [значения 8.0, 8.1, ... 12.0 вольт]
-- Power voltage [текущее напряжение питания]
-- About

Долгое нажатие кнопки [menu] на информационном экране вызовет выключение/включение кулеров (альтернатива пункта меню "Cooling->Fans enabled").

В зависимости от настроек таймаута дисплея ("Display->Timeout"), дисплей выключается через некоторое время (в случает ЖК дисплея выключается только его подсветка). Чтобы включить обратно, достаточно нажать любую кнопку.

Устройство будет крутить кулеры со скоростью, заданной в "Cooling->Cooling speed", пока не будет достигнута заданная дельта T между зеркалом и вторым выбранным датчиком. После этого кулеры или выключатся, или будут крутиться со скоростью "Cooling->Keeping speed" (режим выбирается в "Cooling->Mode once cooled"). Можно выбрать в качестве второго любой из датчиков - встроенный, внешний или датчик внутри трубы. Встроенный датчик может врать из-за тепла от дыхания наблюдателя, поэтому внешний предпочтительнее. На балконе я использую датчик внутри трубы, т.к. воздух на балконе всё равно теплее, чем на улице, и дельта в несколько градусов присутствует всегда, как ни крути.

В планах сделать управление по USB с компьютера, благо в Ардуине есть USB порт, и передавать данные по эмулированному последовательному порту проще простого (есть готовые библиотеки). Возможно, стоит не писать отдельную управляющую программу, а реализовать драйвер ASCOM.

[SpaceEngineer]

Одновременно с третьим этапом я несколько модифицировал электронику телескопа - поменял разъём питания 5.5x2.1 мм на более современный, т.к. в оригинальный не все шнуры втыкались надёжно, поменял разъём порта "12V DC Out" с джека 3.5 мм на такой же стандартный 5.5x2.1 мм, и припаял термопредохранитель параллельно резистору 5 Ом, который установлен на плате перед этим разъёмом. Этот резистор служит защитой от короткого замыкания, которое обязательно происходит в момент подключения джека из-за гениальной конструкции такого типа разъёмов. Но из-за такого странного схемотехнического решения, при более-менее заметной нагрузке на порт, на резисторе возникает падение напряжения в несколько вольт. Контроллер с шестью кулерам потребляет в пике 300-400 мА, что даёт просадку около 2 В. Я посчитал это неприемлемым и зашунтировал резистор термопредохранителем на ток 0.9 А с нормальным сопротивлением в несколько миллиом. Таким образом, теперь и нагрузку приличную можно подключать, и защита от короткого замыкания осталась. Кроме того, замена джека на нормальный силовой разъём устранила и причину КЗ.

Кстати, если надо, выложу схемы электроники Meade LX200 GPS, с трудом нарытые в интернете.

Ещё из модификаций - весьма колхозная переделка штатных держателей для четырёх батареек типоразмера C на современные аккумуляторы 26650 (я не успел найти и купить нормальные держатели перед тестовым выездом). Разрезал их пополам, укоротил на 1.5 см, стянул обратно стяжками, закрутил винтик с гайкой в плюсовой контакт, а то аккумулятор не доставал до него. Для питания в полях прикупил четыре LiFePO4 аккумулятора 26650 на 3200 мА*ч и зарядное к ним. Литий-железофосфатные аккумуляторы имеют меньшую ёмкость, чем литий-ионные, зато не боятся мороза, и выдают максимум 3.65*4 = 14.6 В, так что я не боюсь спалить стабилизатор на плате Ардуины.

[SpaceEngineer]

О влиянии продувки крупного ШК на качество изображения, думаю, все знают. В качестве иллюстрации - фото внефокала в неостывший телескоп и в остывший. Извиняюсь за качество, снято было ещё на первом этапе на мобильник у окуляра, остывший ещё и по фонарям. Сейчас жду погоды, чтобы переснять нормально на астрокамеру.

Как видно, термоклин исчез через примерно 1.5 часа вентиляции, дельта была 16°С. На самом деле, наблюдения можно начинать сразу, кулеры перемешивают воздух в трубе и устраняют термоклин, хотя звёзды всё ещё выглядят "ёжиками", но не такими страшными, как с выключенными кулерами. После достижения заданной дельты в 0.3°С я оставляю кулеры крутиться на 20% скорости, иначе тепловой поток от зеркала может снова появиться (температура за бортом обычно продолжает падать, а при балконных наблюдениях это так вообще всегда, даже летом - балкон продолжает остывать всю ночь).