Star Tracker "Scotch Mount" alimentato da Arduino per astrofotografia: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ho imparato a conoscere lo Scotch Mount quando ero più giovane e ne ho fatto uno con mio padre quando avevo 16 anni. È un modo semplice ed economico per iniziare con l'astrofotografia, che copre le basi prima di entrare nelle complicate questioni di messa a fuoco primaria del telescopio, tracciamento fuori asse, ecc. Quando ho realizzato questa montatura per la prima volta era negli anni '90, quindi ho dovuto usare una fotocamera a pellicola e far sviluppare quella pellicola presso il negozio di fotocamere locale, è stato un processo lungo e costoso (scattare le foto, usa l'intero rotolo, lascialo, pochi giorni dopo ritiralo e guarda i risultati), è molto più veloce, più economico e facile da imparare per tentativi ed errori ora con le fotocamere digitali. Potete vedere alcuni vecchi scatti del 1997 sull'ultimo gradino.

Il design che usavo allora e oggi è tratto da questo libro Star Ware:https://www.philharrington.net/scotch.htm

Per questo Instructable ho anche un repository Github per tutte le risorse Arduino: codice, schema e elenco delle parti con URL.

github.com/kmkingsbury/arduino-scotch-mount-motor

La montatura Scotch funziona secondo un principio molto semplice: girare la ruota dell'orologio in determinati momenti, ma come ho appreso la stabilità gioca un ruolo enorme nel modo in cui le foto vengono fuori. Girare la ruota dell'orologio su un design instabile o fragile, specialmente con zoom elevati, introduce scie stellari e tremolii nella foto. Per superare questo problema e rendere l'intero processo più semplice e automatizzato, ho creato un semplice motore basato su Arduino basato su un motore CC e alcuni ingranaggi in plastica (ne ho estratto uno da un elicottero giocattolo rotto).

Ci sono altre istruzioni là fuori per Scotch Mount o Barndoor Tracker, ma per il mio design volevo il supporto piccolo e portatile in modo da poterlo mettere in uno zaino e portarlo in aree remote lontano dall'inquinamento luminoso di Austin TX.

Passaggio 1: "Mi è stato detto che non ci sarebbe stata matematica!"

La Terra ruota di circa 360° in 24 ore, se la scomponiamo allora è di 15° in un'ora, o 5° in 20 minuti.

Ora la vite 1/4-20 è un componente hardware comune, ha 20 filettature in un pollice, quindi se viene ruotata a una velocità di 1 giro al minuto, ci vorranno 20 minuti per percorrere quel pollice.

La trigonometria ci dà il numero magico per il nostro foro della ruota dell'orologio che è 11,42 pollici (o 29,0 cm) dal nostro punto di rotazione al centro della cerniera.

Passaggio 2: materiali

Montatura scozzese:

• Scheda superiore, 3 pollici per 12 pollici (3/4 pollici)
• Scheda inferiore, 3 pollici per 12 pollici (3/4 pollici)
• Cerniere, si consiglia una cerniera lunga da 3 pollici, assicurarsi che sia una cerniera solida senza molto "gioco", ho usato due semplici cerniere ma c'è un sacco di oscillazioni e potrei sostituirle con una cerniera più solida.
• Vite tangente, vite a testa tonda lunga 1/4-20x4 pollici
• 2 dadi a T, filettatura interna 1/4-20
• Occhi a vite e elastico
• Testa del treppiede (prendine una leggera ma assicurati che sia solida, non vuoi che una montatura economica faccia cadere una fotocamera costosa o che la montatura si allenti e si abbassi durante uno scatto).
• Clockwheel Gears (ho usato 3: un minuscolo per il motore, l'intermedio che ha un piccolo e un grande e il grande per la ruota dell'orologio stessa).
• Distanziatori in plastica per il cavalletto motore. Ho iniziato con 1 "e li ho tagliati alla dimensione di cui avevo bisogno una volta che ho avuto le giuste altezze.
• Compensato per hobby sottile - per i supporti del motore e degli ingranaggi (ho usato un circuito stampato di Radioshack, sottile, leggero e abbastanza forte, usa quello che funziona meglio).
• Molle assortite (io aiutavo gli ingranaggi/viti e mantenevo gli ingranaggi in linea). Ne ho presi un paio da Lowes e ne ho tirati fuori alcuni altri dalle penne a sfera e li ho tagliati alle giuste dimensioni.
• Rondelle assortite per evitare che le parti in movimento sfreghino contro il legno.
• Staffa semplice per il supporto del motore.

Arduino Motor Driver (le parti specifiche sono nell'elenco delle parti di Github con gli URL di dove è possibile ottenerle online):

• Arduino
• Azionamento a motore
• Driver motore H-Bridge 1A (L293D)
• premi il bottone
• interruttore on/off

Passaggio 3: misura e taglia le schede superiore e inferiore

Misura 12 su ogni tavola, segnalo, taglia e leviga i bordi.

Passaggio 4: praticare i fori e aggiungere l'hardware

Ci sono un sacco di fori da praticare e a causa della misurazione accurata richiesta ti consiglio di fare la ruota dell'orologio per ultima (così puoi misurare i 29 cm esattamente fuori dalla cerniera)!

Suggerimento: consiglio di toccare il foro usando un punzone per guidare il foro nel punto giusto.

Stai per praticare i seguenti fori:

• Cerniere: non basta avvitarle perché la tavola potrebbe dividersi, praticare i fori sui bordi di entrambe le tavole, il foro dipende dalla dimensione della vite della cerniera, misurare la vite e utilizzare una punta da trapano leggermente più piccola.
• Il Clockwheel - 29 cm dal centro del perno cerniera, otterrà un dado a T, la posizione di questo foro è essenziale per far girare la tavola e il cielo alla stessa velocità quando la vite viene girata a 1 giri/min. Il dado a T dovrebbe trovarsi sul lato rivolto verso il basso della tavola (verso il suolo).
• Testa del treppiede - centrata sulla tavola superiore, la dimensione dipende dalla testa del treppiede, ho anche usato una rondella sulla mia per tenerla ben aderente.
• Supporto per treppiede: centrato sul pannello inferiore, 5/16 di pollice e questo foro otterrà un dado a T. Anche il dado a T dovrebbe trovarsi sul lato rivolto verso il basso della tavola (verso il suolo).

Quando si aggiungono i dadi a T, ti consiglio di mettere un po' di colla prima di martellarlo e di martellare delicatamente. Ho iniziato una spaccatura sulla mia tavola inferiore (vedi foto) che ho dovuto riparare.

Quando lo monti su un treppiede, il foro di montaggio del treppiede e il dado a T subiscono il massimo stress (torto avanti e indietro dal peso della fotocamera quando su angoli) in modo che è probabile che il dado a T si allenti o fuoriesca completamente, quindi fai in modo che assicurati di incollarlo adeguatamente e cerca di mantenere il peso centrato quando usi il supporto. Un buon supporto stabile è fondamentale per le foto senza scie stellari/jiggle.

Passaggio 5: supporto motore e ingranaggi

Per prima cosa incolla un dado standard 1/4-20 su uno degli ingranaggi, questo sarà l'ingranaggio principale dell'orologio, per questo ho usato una generosa quantità di Gorilla Glue (puoi vedere nella foto).

In secondo luogo, incolla un ingranaggio minuscolo sull'altro ingranaggio grande, questo è il nostro ingranaggio intermedio, ho usato un semplice chiodo di legno tagliato come axel.

Montare il motore su una staffa (l'ho legato con la cerniera e poi incollato quando ho avuto l'allineamento corretto).

La configurazione è che il motore giri l'ingranaggio grande a una velocità relativamente veloce (1 giro / 5 secondi circa), questo è collegato all'ingranaggio piccolo, che viaggia alla stessa velocità. Il minuscolo ingranaggio si allinea all'ingranaggio principale dell'orologio, ma poiché le circonferenze sono diverse, l'ingranaggio della ruota dell'orologio gira a una velocità molto più lenta. Puntiamo a una velocità di 1 giro/min e il motore viaggia un po' troppo veloce per questo. Quindi usando un off e on nel codice Arduino sono riuscito a rallentare la marcia. Questa configurazione si chiama Gear Train e puoi saperne di più qui (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm) Dovrai sperimentare quali valori funzionano per il tempo di accensione e spegnimento per far girare l'ingranaggio alla velocità corretta per il motore e gli ingranaggi.

Hai bisogno di un buon alloggiamento per mantenere tutto allineato e girare senza intoppi. Fai attenzione ad allineare i fori e usa molle e rondelle per mantenere gli ingranaggi che viaggiano su superfici lisce e non sfregano contro nessuna delle due schede. Questo probabilmente mi ha richiesto la maggior parte del tempo fuori dal progetto.

Passaggio 6: circuiti del motore

Il circuito è piuttosto semplice, con la maggior parte delle connessioni che vanno al driver del motore H-Bridge, utilizzare l'immagine allegata o anche un file di progetto Fritzing è incluso nel pacchetto Github.

È stato aggiunto un pulsante per invertire la direzione (oppure puoi anche "riavvolgere" la ruota dell'orologio a mano).

L'interruttore di accensione/spegnimento ha reso più semplice l'accensione e lo spegnimento dell'unità quando non è in uso/sviluppo, puoi anche semplicemente accendere l'Arduino.

La direzione del motore dipende da come è stato collegato, se stai ruotando nella direzione sbagliata, invertire la polarità.

Passaggio 7: risultato finale, suggerimenti e trucchi

E usa! Allinea il treppiede, punta la stella polare lungo il cardine, con il cardine che si trova sul lato sinistro della configurazione (altrimenti seguirai la direzione opposta).

Cerca di mantenere l'intera configurazione bilanciata e stabile. Non toccarlo durante gli scatti, non tirare i cavi (usa un grilletto remoto per la tua fotocamera) e prova a utilizzare tecniche come Mirror Lockup (se la tua fotocamera lo supporta) per ottenere scatti nitidi e privi di vibrazioni. Ci sono molti tutorial disponibili sull'astrofotografia e imparerai rapidamente dall'esperienza.

Le immagini mostrano due scatti che ho fatto usando l'intero setup, questo era nei sobborghi inquinati dalla luce di Austin, TX, in una notte non molto limpida, ma sono venuti bene. Orion era lungo circa 2,5 minuti e lo scatto del cielo più grande era di 5 minuti (ma era troppo lungo a causa della quantità di inquinamento luminoso e ha dovuto essere ridimensionato in Lightroom). Ci sono anche 3 immagini della cometa Hale-Bopp del 1997, con una montatura girata a mano e una tradizionale cinepresa. Puoi vedere cosa possono fare le vibrazioni o un allineamento errato allo scatto.

Suggerimenti e considerazioni finali:

• Le fotocamere e il vetro negli obiettivi sono PESANTI, ho dovuto usare le molle per cercare di togliere il peso dall'ingranaggio dell'orologio e per aiutare gli ingranaggi. Il motore che ho usato non aveva quantità folli di coppia/potenza, quindi se c'era troppo peso o gli ingranaggi erano a filo sulle schede, allora era difficile girare l'ingranaggio o si bloccava verso l'alto. Un motore più potente aiuterà, ma questo è proprio quello che avevo a disposizione.
• L'allineamento polare è fondamentale. Se non è allineata correttamente, l'impostazione verrà rilevata in modo errato. Hai bisogno di un robusto treppiede bilanciato e centrato (uno con una livella a bolla aiuta)!
• C'è un errore intrinseco alla montatura tangente che si presenta con esposizioni più lunghe, puoi usare una cam correttiva per regolarlo, che puoi trovare qui: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Non me ne preoccupo perché sto usando un obiettivo molto grandangolare (20 mm rispetto a 50 mm) e durate intorno ai 5 minuti al massimo.
• L'astrofotografia è intrinsecamente difficile e frustrante. Non uscire ad aspettarti foto fantastiche la prima volta, c'è una curva di apprendimento, sicuramente attrezzature più costose e precise possono aiutare, ma non se non conosci o apprezzi come funzionano. Ma inizia in piccolo, padroneggia le basi, quindi saprai come utilizzare l'attrezzatura costosa e sarai in grado di usarla bene. Puoi comunque ottenere ottimi scatti con semplici configurazioni. I vecchi scatti del 1997 erano "i migliori" su circa 100 scatti, quindi è stato un processo di apprendimento. Con Digital puoi scattare foto dopo foto e imparare dai tuoi errori e vittorie per affinare le tue abilità.

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