Arduino Powered 'Scotch Mount' Star Tracker voor astrofotografie - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Ik leerde over de Scotch Mount toen ik jonger was en maakte er een met mijn vader toen ik 16 was. Het is een goedkope, eenvoudige manier om te beginnen met astrofotografie, die de basis behandelt voordat je je verdiept in de gecompliceerde telescoopkwesties van prime focus, off-axis tracking, enz. Toen ik deze montage voor het eerst maakte, was het in de jaren '90, dus ik moest een filmcamera gebruiken en die film laten ontwikkelen bij de plaatselijke camerawinkel, het was een duur en lang proces (maak de foto's, gebruik de hele rol, geef hem af, haal hem een paar dagen later op en bekijk de resultaten), het is nu zoveel sneller, goedkoper en gemakkelijk te leren met vallen en opstaan met digitale camera's. Op de laatste stap ziet u enkele oude opnamen uit 1997.

Het ontwerp dat ik toen en vandaag gebruikte, kwam uit dit boek Star Ware:

Voor deze Instructable heb ik ook een Github-repository voor alle Arduino-assets: code, schema en onderdelenlijst met URL's.

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

De Scotch-vatting werkt volgens een heel eenvoudig principe van het draaien van het klokwiel op bepaalde tijden, maar zoals ik heb geleerd, speelt stabiliteit een grote rol in hoe de foto's eruit komen te zien. Het draaien van het klokwiel op een onstabiel of dun ontwerp, vooral bij hoge zoomlens, introduceert stersporen en trillingen in de foto. Om dit te verhelpen en het hele proces eenvoudiger en geautomatiseerd te maken, heb ik een eenvoudige op Arduino gebaseerde motoraandrijving gemaakt op basis van een DC-motor en enkele plastic tandwielen (ik heb er een uit een kapotte speelgoedhelikopter gehaald).

Er zijn andere instructables voor de Scotch Mount of Barndoor Tracker, maar voor mijn ontwerp wilde ik de houder klein en draagbaar, zodat ik hem in een rugzak kan gooien en naar afgelegen gebieden kan brengen, weg van lichtvervuiling van Austin TX.

Stap 1: 'Ik kreeg te horen dat er geen wiskunde zou zijn!'

De aarde draait ongeveer 360° in 24 uur, als we dit afbreken dan is het 15° in een uur, of 5° in 20 minuten.

Nu is de 1/4-20 schroef een gebruikelijk stuk hardware, hij heeft 20 schroefdraden in een inch, dus als hij wordt gedraaid met een snelheid van 1 omwenteling per minuut, duurt het 20 minuten om die 1 inch af te leggen.

Trigonometrie geeft ons het magische getal voor ons klokwielgat dat 11,42 inch (of 29,0 cm) verwijderd is van ons draaipunt in het midden van het scharnier.

Stap 2: Materialen

Scotch-montage:

• Bovenste bord, 3-inch-bij-12-inch (3/4-inch)
• Bodemplaat, 3-inch-bij-12-inch (3/4-inch)
• Scharnieren, een lange 3-inch scharnier wordt aanbevolen, zorg ervoor dat het een solide scharnier is met niet veel "speling", ik heb twee eenvoudige scharnieren gebruikt, maar er is veel wiebelen en ik kan ze verwisselen voor een steviger scharnier.
• Tangent-schroef, 1/4-20-bij-4-inch lange schroef met ronde kop
• 2 xT-moer, 1/4-20 binnendraad
• Schroefogen & rubberen band
• Statiefkop (neem een lichtgewicht, maar zorg ervoor dat deze stevig is, je wilt niet dat een goedkope houder een dure camera laat vallen, of dat de houder losraakt en neerhangt tijdens een opname).
• Clockwheel Gears (ik gebruikte 3: een kleine voor de motor, de tussenliggende die een kleine en grote heeft, en de grote voor het klokwiel zelf).
• Kunststof afstandhouders voor de motorstandaard. Begonnen met 1 "en knipte ze af tot de maat die ik nodig had zodra ik de juiste hoogte had.
• Dun hobbymultiplex - voor motor- en tandwielbevestigingen (ik gebruikte een printplaat van Radioshack, dun, licht en sterk genoeg, gebruik wat het beste werkt).
• Geassorteerde veren (ik hielp de tandwielen / schroeven en hield de tandwielen in lijn). Ik kreeg er een paar van Lowes en haalde er nog een paar uit balpennen en knipte ze op de juiste maat.
• Diverse ringen om te voorkomen dat de bewegende delen tegen hout schuren.
• Eenvoudige beugel voor de motorsteun.

Arduino Motor Driver (specifieke onderdelen staan in de Github-onderdelenlijst met URL's van waar je ze online kunt krijgen):

• Arduino
• Motoraandrijving
• H-brug motorbesturing 1A (L293D)
• druk op de knop
• aan/uit schakelaar

Stap 3: Meet en knip de bovenste en onderste planken

Meet 12 af op elk bord, markeer het, knip en schuur de randen.

Stap 4: Boor gaten en voeg hardware toe

Er zijn een heleboel gaten om te boren en vanwege de nauwkeurige meting die nodig is, raad ik aan om het Clockwheel als laatste te doen (zodat je de 29 cm precies vanaf het scharnier kunt meten)!

Tip: ik raad aan om het gat met een pons te tikken om het gat op de juiste plek te geleiden.

Je gaat de volgende gaten boren:

• Scharnieren - Schroef ze niet zomaar vast omdat het bord kan splijten, boor de gaten aan de randen van beide planken, het gat hangt af van de grootte van de scharnierschroef, meet de schroef en gebruik een iets kleinere boor.
• Het klokwiel - 29 cm van het midden van de scharnierpen, het krijgt een T-moer, de locatie van dit gat is essentieel om het bord en de lucht in hetzelfde tempo te laten draaien wanneer de schroef met 1 tpm wordt gedraaid. De T-moer moet zich aan de naar beneden gerichte kant van het bord bevinden (naar de grond).
• Statiefkop - gecentreerd op het bovenste bord, de grootte hangt af van de statiefkop, ik heb ook een sluitring op de mijne gebruikt om hem goed vast te houden.
• Statiefbevestiging - Gecentreerd op onderbord, 5/16-inch en dit gat krijgt een T-moer. De T-moer moet zich ook aan de naar beneden gerichte kant van het bord bevinden (naar de grond).

Bij het toevoegen van de T-moeren raad ik aan om wat lijm aan te brengen voordat je het erin slaat, en wees voorzichtig met hameren. Ik begon een spleet op mijn onderbord (zie foto) die ik moest repareren.

Wanneer u het op een statief monteert, krijgen het statiefbevestigingsgat en de t-moer de meeste stress (heen en weer gedraaid door het gewicht van de camera wanneer deze in een hoek staat), zodat de T-moer waarschijnlijk losraakt of helemaal naar buiten komt, dus zorg ervoor dat zorg ervoor dat je het goed lijmt en probeer het gewicht gecentreerd te houden bij het gebruik van de houder. Een goede stabiele vatting is cruciaal voor foto's zonder stersporen/schudden.

Stap 5: Motorsteun en tandwielen

Lijm eerst een standaard 1/4-20 moer op een van de tandwielen, dit wordt het hoofdtandwiel, ik heb hiervoor een royale hoeveelheid Gorilla Glue gebruikt (te zien op de foto).

Lijm vervolgens een klein tandwiel op het andere grote tandwiel, dit is ons tussentandwiel, ik gebruikte een eenvoudige omgehakte houten spijker als as.

Monteer de motor op een beugel (ik rits vastgebonden en later gelijmd toen ik de uitlijning goed had).

De opzet is dat de motor het grote tandwiel relatief snel ronddraait (1 omw / 5 seconden of zo), dit is verbonden met het kleine tandwiel, dat met dezelfde snelheid rijdt. Het kleine tandwiel is uitgelijnd met het hoofdtandwiel, maar omdat de omtrekken verschillend zijn, draait het klokwiel veel langzamer. We streven naar een snelheid van 1 omw/min en daarvoor rijdt de motor iets te snel. Dus door een uit en aan in de Arduino-code te gebruiken, slaagde ik erin om de versnelling te vertragen. Deze opstelling wordt een Gear Train genoemd en je kunt er hier wat meer over leren (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm) Je zult moeten experimenteren met welke waarden werken voor aan en uit tijd om de versnelling te laten draaien met de juiste snelheid voor uw motor en versnellingen.

Je hebt een goede behuizing nodig om alles op één lijn te houden en soepel te laten draaien. Zorg ervoor dat u uw gaten uitlijnt en gebruik veren en ringen om de tandwielen op gladde oppervlakken te laten bewegen en niet tegen een van de planken te schuren. Dit kostte me waarschijnlijk de meeste tijd uit het project.

Stap 6: Motorcircuits

Circuits zijn vrij eenvoudig, waarbij de meeste verbindingen naar de H-Bridge Motor Driver gaan, gebruik de bijgevoegde afbeelding of een Fritzing-projectbestand is ook opgenomen in het Github-pakket.

Er is een drukknop toegevoegd om de richting om te draaien (of je kunt het klokwiel ook met de hand "terugspoelen").

De aan/uit-schakelaar maakte het gewoon gemakkelijker om de schijf aan en uit te zetten wanneer deze niet in gebruik/ontwikkeling is, je kunt ook gewoon de stroom naar de Arduino trekken.

De richting van de motor hangt af van hoe het was aangesloten, als je de verkeerde richting draait, draai dan gewoon de polariteit om.

Stap 7: Eindresultaat, tips en trucs

En gebruiken! Lijn het statief uit, richt de poolster in het scharnier, met het scharnier aan de linkerkant van de opstelling (anders volgt u in de tegenovergestelde richting).

Probeer de hele setup evenwichtig en stabiel te houden. Raak het niet aan tijdens opnamen en trek niet aan de kabels (gebruik een afstandsbediening voor uw camera) en probeer technieken te gebruiken zoals Mirror Lockup (als uw camera dit ondersteunt) om heldere, trillingsvrije opnamen te maken. Er zijn tal van tutorials beschikbaar over astrofotografie en je leert snel uit ervaring.

De afbeeldingen laten twee foto's zien die ik heb gemaakt met de hele opstelling, dit was in de lichtvervuilde buitenwijken van Austin TX op niet de helderste nacht, maar ze kwamen er mooi uit. Orion was ongeveer 2,5 minuten lang en de grotere luchtopname was 5 minuten (maar was te lang vanwege de hoeveelheid lichtvervuiling en moest worden teruggeschroefd in Lightroom). Er zijn ook 3 afbeeldingen van komeet Hale-Bopp uit 1997, dit was met een handgedraaide montering en een traditionele filmcamera. Je kunt zien wat trillingen of een verkeerde uitlijning met de opname kunnen doen.

Laatste tips en gedachten:

• Camera's en glas in lenzen zijn ZWAAR, ik moest veren gebruiken om te proberen het gewicht van de klok te halen en om de tandwielen te helpen. De motor die ik gebruikte had geen gekke hoeveelheden koppel / vermogen, dus als er te veel gewicht was of de tandwielen gelijk op de planken lagen, had het moeite om de versnelling te draaien of zou recht omhoog gaan. Een sterkere motor zal helpen, maar dit is precies wat ik beschikbaar had.
• Polaire uitlijning is de sleutel. De opstelling zal verkeerd volgen als deze niet goed is uitgelijnd. Je hebt een stevig statief nodig, gebalanceerd en gecentreerd (een met een waterpas helpt)!
• Er is een inherente fout in de tangent mount die verschijnt bij langere belichtingen, je kunt een corrigerende nok gebruiken om deze aan te passen, hier te vinden: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Ik maak me er geen zorgen over omdat ik een zeer groothoeklens gebruik (20 mm in plaats van 50 mm) en een duur van ongeveer 5 minuten.
• Astrofotografie is inherent moeilijk en frustrerend. Verwacht de eerste keer geen geweldige foto's, er is een leercurve, zeker duurdere en preciezere apparatuur kan helpen, maar niet als je niet weet of waardeert hoe ze werken. Maar begin klein, beheers de basis, dan weet je hoe je de dure apparatuur moet gebruiken en kun je deze goed gebruiken. Je kunt nog steeds geweldige foto's maken met eenvoudige instellingen. De oude shots uit 1997 waren "de beste" van de ongeveer 100 shots, dus het was een leerproces. Met Digital kun je foto na foto maken en leren van je fouten en overwinningen om je vaardigheden te verfijnen.

Bedankt voor het lezen, als je meer foto's en video's van mijn projecten wilt zien, kijk dan op mijn Instagram- en YouTube-kanaal