Arduino Powered Star Tracker 'Scotch Mount' để chụp ảnh thiên văn: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Tôi đã biết về Núi Scotch khi còn nhỏ và làm một cái với bố khi tôi 16 tuổi. Đó là một cách đơn giản, rẻ tiền để bắt đầu với Chụp ảnh thiên văn, bao gồm những điều cơ bản trước khi bạn đi vào những vấn đề phức tạp của kính thiên văn về tiêu điểm chính, tắt theo dõi trục, v.v. Khi tôi lần đầu tiên chế tạo giá đỡ này, nó là vào những năm 90, vì vậy tôi phải sử dụng máy ảnh phim và phát triển bộ phim đó tại cửa hàng máy ảnh địa phương, đó là một quá trình tốn kém và lâu dài (chụp ảnh, sử dụng toàn bộ cuộn, thả nó ra, vài ngày sau lấy nó lên và xem kết quả), nó nhanh hơn rất nhiều, rẻ hơn và dễ dàng học hỏi từ việc thử và sai với máy ảnh kỹ thuật số. Bạn có thể xem một số bức ảnh cũ từ năm 1997 ở bước cuối cùng.

Thiết kế mà tôi đã sử dụng hồi đó, và ngày nay, đến từ cuốn sách này của Star Ware:

Đối với Có thể hướng dẫn này, tôi cũng có một kho lưu trữ Github cho tất cả các tài sản Arduino: Mã, Sơ đồ và danh sách phần có URL.

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

Giá đỡ Scotch hoạt động theo nguyên tắc rất đơn giản là quay bánh xe đồng hồ tại một số thời điểm nhất định, nhưng như tôi đã biết, sự ổn định đóng một vai trò rất lớn trong cách các bức ảnh xuất hiện. Việc xoay bánh xe đồng hồ theo thiết kế không ổn định hoặc mỏng manh, đặc biệt là ở mức thu phóng cao sẽ tạo ra các vệt sao và lấp lánh trong ảnh. Để khắc phục điều này và làm cho toàn bộ quá trình dễ dàng và tự động hơn, tôi đã tạo một bộ truyền động động cơ đơn giản dựa trên Arduino dựa trên động cơ DC và một số bánh răng bằng nhựa (tôi đã kéo một chiếc của mình ra khỏi một chiếc trực thăng đồ chơi bị hỏng).

Có những hướng dẫn khác dành cho Scotch Mount hoặc Barndoor Tracker nhưng đối với thiết kế của tôi, tôi muốn giá đỡ nhỏ và di động để tôi có thể ném nó vào ba lô và mang nó đến những khu vực hẻo lánh tránh xa ô nhiễm ánh sáng của Austin TX.

Bước 1: 'Tôi Đã Được Nói Sẽ Không Có Toán!'

Trái đất quay khoảng 360 ° trong 24 giờ, nếu chúng ta phá vỡ điều này thì nó sẽ quay 15 ° trong một giờ hoặc 5 ° trong 20 phút.

Giờ đây, vít 1 / 4-20 là một phần cứng phổ biến, nó có 20 sợi chỉ trong một inch, vì vậy nếu nó được quay với tốc độ 1 vòng / phút thì sẽ mất 20 phút để di chuyển 1 inch đó.

Lượng giác cung cấp cho chúng ta con số kỳ diệu cho lỗ trên bánh đà đồng hồ của chúng ta, cách điểm trục ở tâm của bản lề là 11,42 inch (hoặc 29,0cm).

Bước 2: Vật liệu

Núi Scotch:

• Bảng trên cùng, 3 inch x 12 inch (3/4 inch)
• Bảng dưới cùng, 3 inch x 12 inch (3/4 inch)
• Bản lề, Nên sử dụng một bản lề dài 3 inch, hãy đảm bảo rằng đó là một bản lề vững chắc và không có nhiều "trò chơi", tôi đã sử dụng hai bản lề đơn giản nhưng có rất nhiều lung lay và tôi có thể chuyển chúng ra để có một bản lề chắc chắn hơn.
• Vít tiếp tuyến, vít đầu tròn dài 1/4-20 x 4 inch
• 2 đai ốc xTee, ren trong 1 / 4-20
• Mắt vít & dây cao su
• Đầu chân máy (hãy mua một cái nhẹ nhưng đảm bảo chắc chắn, bạn không muốn một giá đỡ rẻ tiền làm rơi máy ảnh đắt tiền hoặc ngàm bị lỏng và rũ xuống trong khi chụp).
• Clockwheel Gears (Tôi đã sử dụng 3: một nhỏ cho động cơ, trung gian có một nhỏ và lớn, và lớn cho chính bánh xe đồng hồ).
• Chân đế bằng nhựa cho giá đỡ động cơ. Bắt đầu với 1 "và cắt chúng xuống kích thước tôi cần khi tôi có chiều cao phù hợp.
• Ván ép mỏng theo sở thích - để gắn động cơ và bánh răng (tôi đã sử dụng bảng mạch từ Radioshack, mỏng, nhẹ và đủ mạnh, sử dụng bất cứ thứ gì hoạt động tốt nhất).
• Các loại Lò xo (Tôi đã sử dụng để hỗ trợ các bánh răng / vít và giữ cho các bánh răng thẳng hàng). Tôi nhận được một vài chiếc từ Lowes và rút một số chiếc khác ra khỏi bút bi và cắt chúng theo kích cỡ phù hợp.
• Vòng đệm các loại để giữ cho các bộ phận chuyển động không bị mài vào gỗ.
• Giá đỡ đơn giản để gắn động cơ.

Trình điều khiển động cơ Arduino (các phần cụ thể nằm trong danh sách phần Github với URL nơi bạn có thể tải chúng trực tuyến):

• Arduino
• Động cơ truyền động
• Trình điều khiển động cơ cầu H 1A (L293D)
• nút ấn
• bật / tắt

Bước 3: Đo & cắt bo mạch trên và dưới

Đo kích thước 12 trên mỗi tấm ván, đánh dấu, cắt và chà nhám các cạnh.

Bước 4: Khoan lỗ và thêm phần cứng

Có rất nhiều lỗ để khoan và do yêu cầu đo chính xác, tôi khuyên bạn nên làm Vòng quay đồng hồ sau cùng (để bạn có thể đo chính xác 29 cm ra khỏi bản lề)!

Mẹo: Tôi khuyên bạn nên khai thác lỗ bằng cách sử dụng một cú đấm để giúp dẫn hướng lỗ vào đúng vị trí.

Bạn sẽ khoan những lỗ sau:

• Bản lề - Đừng chỉ vặn chúng vào vì bảng có thể bị tách ra, hãy khoan lỗ trên các cạnh của cả hai bảng, lỗ phụ thuộc vào kích thước vít bản lề, đo vít và sử dụng mũi khoan nhỏ hơn một chút.
• Clockwheel - Cách tâm chốt bản lề 29 cm, nó sẽ có một đai ốc chữ T, vị trí của lỗ này rất cần thiết để bo mạch và bầu trời quay cùng tốc độ khi con vít được quay ở tốc độ 1 vòng / phút. Đai ốc chữ T phải ở mặt hướng xuống của bảng (hướng xuống đất).
• Đầu chân máy - tập trung ở đầu bảng, Kích thước phụ thuộc vào đầu chân máy, tôi cũng đã sử dụng máy giặt của mình để giữ cho nó vừa khít.
• Giá đỡ chân máy - Trung tâm ở bảng dưới cùng, 5/16 inch và lỗ này sẽ có đai ốc chữ T. Đai ốc chữ T cũng phải ở mặt hướng xuống của bảng (hướng xuống đất).

Khi thêm các đai ốc chữ T, tôi khuyên bạn nên đặt một ít keo xuống trước khi bạn dùng búa và nhẹ nhàng gõ nhẹ. Tôi đã bắt đầu tách trên bảng dưới cùng của mình (xem ảnh) mà tôi phải sửa chữa.

Khi bạn lắp nó lên giá ba chân, lỗ gắn chân máy và đai ốc t chịu lực nhiều nhất (bị tác động qua lại từ trọng lượng của máy ảnh khi ở các góc) do đó đai ốc T có khả năng bị nới lỏng hoặc bung ra hoàn toàn. Hãy chắc chắn rằng bạn đã dán keo đầy đủ và cố gắng giữ trọng tâm ở giữa khi sử dụng giá treo. Một giá đỡ ổn định tốt là yếu tố quan trọng để có được những bức ảnh không có vệt sao / rung lắc.

Bước 5: Gắn động cơ và bánh răng

Đầu tiên dán một đai ốc tiêu chuẩn 1 / 4-20 vào một trong các bánh răng, đây sẽ là bánh răng dẫn động đồng hồ chính, tôi đã sử dụng một lượng lớn Gorilla Glue cho việc này (bạn có thể xem trong ảnh).

Thứ hai keo một bánh răng nhỏ vào bánh răng lớn khác, đây là bánh răng trung gian của chúng tôi, tôi đã sử dụng một chiếc đinh gỗ đã cắt đơn giản làm trục.

Gắn động cơ vào giá đỡ (tôi buộc dây và sau đó dán lại khi tôi đã căn chỉnh đúng).

Thiết lập là động cơ quay bánh răng lớn với tốc độ tương đối nhanh (1 vòng / 5 giây hoặc lâu hơn), điều này được kết nối với bánh răng nhỏ, chuyển động với cùng tốc độ. Bánh răng nhỏ này thẳng hàng với bánh răng dẫn động đồng hồ chính nhưng vì các chu vi khác nhau nên bánh răng đồng hồ quay với tốc độ chậm hơn nhiều. Chúng tôi đang hướng tới tốc độ 1 vòng / phút và động cơ di chuyển hơi nhanh cho điều đó. Vì vậy, bằng cách sử dụng tắt và bật trong mã Arduino, tôi đã cố gắng làm chậm thiết bị. Thiết lập này được gọi là Gear Train và bạn có thể tìm hiểu thêm một chút về nó tại đây (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equiosystem/gear-ratio3.htm) Bạn sẽ phải thử nghiệm xem những giá trị nào hoạt động để bật và tắt thời gian để làm cho bánh răng quay với tốc độ chính xác cho động cơ và bánh răng của bạn.

Bạn cần một nhà ở tốt để giữ cho mọi thứ được xếp hàng và quay trơn tru. Cẩn thận xếp các lỗ của bạn và sử dụng lò xo và vòng đệm để giữ cho các bánh răng di chuyển trên bề mặt nhẵn và không mài vào một trong hai tấm ván. Điều này có lẽ khiến tôi mất nhiều thời gian nhất trong dự án.

Bước 6: Mạch động cơ

Mạch khá đơn giản, với phần lớn các kết nối đi đến H-Bridge Motor Driver, sử dụng hình ảnh đính kèm hoặc tệp dự án Fritzing cũng có trong gói Github.

Một nút nhấn đã được thêm vào để đảo ngược hướng (hoặc bạn cũng có thể "tua" bánh xe đồng hồ bằng tay).

Công tắc Bật / Tắt chỉ giúp bạn dễ dàng bật và tắt ổ đĩa khi không sử dụng / phát triển, bạn cũng có thể chỉ cần kéo nguồn cho Arduino.

Hướng động cơ phụ thuộc vào cách nó được nối dây, nếu bạn đang quay sai hướng, chỉ cần đảo ngược cực.

Bước 7: Kết quả, Mẹo và Thủ thuật

Và sử dụng! Căn chỉnh chân máy, nhìn sao Bắc Cực xuống bản lề, với bản lề nằm ở phía bên trái của thiết lập (nếu không bạn sẽ theo dõi theo hướng ngược lại).

Cố gắng giữ toàn bộ thiết lập cân bằng và ổn định. Không chạm vào nó trong khi chụp hoặc kéo dây cáp (sử dụng bộ kích hoạt từ xa cho máy ảnh của bạn) và cố gắng sử dụng các kỹ thuật như Mirror Lockup (nếu máy ảnh của bạn hỗ trợ nó) để có được những bức ảnh không bị rung. Có rất nhiều hướng dẫn về chụp ảnh thiên văn và bạn sẽ nhanh chóng rút kinh nghiệm.

Các hình ảnh cho thấy hai bức ảnh tôi đã thực hiện bằng cách sử dụng toàn bộ thiết lập, đây là ở vùng ngoại ô bị ô nhiễm ánh sáng của Austin TX vào một đêm không rõ ràng nhất nhưng chúng xuất hiện rất đẹp. Orion dài khoảng 2,5 phút và ảnh chụp bầu trời lớn hơn là 5 phút (nhưng quá dài do lượng ánh sáng ô nhiễm và phải thu nhỏ lại trong Lightroom). Ngoài ra còn có 3 hình ảnh của Sao chổi Hale-Bopp từ năm 1997, đây là với giá đỡ quay tay cũng như máy ảnh phim truyền thống. Bạn có thể xem những rung động hoặc căn chỉnh không chính xác có thể gây ra ảnh hưởng gì.

Lời khuyên và suy nghĩ cuối cùng:

• Máy ảnh và Kính trong ống kính rất NẶNG, tôi đã phải sử dụng lò xo để thử và lấy trọng lượng ra khỏi bánh răng đồng hồ và để hỗ trợ các bánh răng. Động cơ tôi sử dụng không có lượng mô-men xoắn / công suất điên rồ nên nếu có quá nhiều trọng lượng hoặc các bánh răng bị đè lên bảng thì sẽ rất khó để chuyển bánh hoặc sẽ bị khóa thẳng. Một động cơ mạnh hơn sẽ giúp ích, nhưng đây chỉ là những gì tôi có sẵn.
• Căn chỉnh cực là chìa khóa. Thiết lập sẽ theo dõi sai nếu nó không được căn chỉnh đúng cách. Bạn cần một giá ba chân chắc chắn được cân bằng và căn giữa (một chân có mức bong bóng sẽ giúp ích được)!
• Có một lỗi cố hữu đối với ngàm tiếp tuyến xuất hiện khi phơi sáng lâu hơn, bạn có thể sử dụng cam hiệu chỉnh để điều chỉnh nó, tìm thấy tại đây: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Tôi không lo lắng về điều đó vì tôi đang sử dụng một ống kính góc rất rộng (20mm so với 50mm) và thời lượng khoảng 5 phút.
• Chụp ảnh thiên văn vốn đã rất vất vả và khó chịu. Đừng vội mong đợi những bức ảnh tuyệt vời ngay lần đầu tiên, có một cơ hội học hỏi, chắc chắn rằng thiết bị đắt tiền và chính xác hơn có thể giúp ích, nhưng không phải nếu bạn không biết hoặc đánh giá cao cách chúng hoạt động. Nhưng hãy bắt đầu từ nhỏ, nắm vững những điều cơ bản, sau đó bạn sẽ biết cách sử dụng những thiết bị đắt tiền và sẽ có thể sử dụng thành thạo. Bạn vẫn có thể có được những bức ảnh đẹp với các thiết lập đơn giản. Những bức ảnh cũ từ năm 1997 là "tốt nhất" trong số khoảng 100 bức ảnh, vì vậy đó là một quá trình học hỏi. Với Kỹ thuật số, bạn có thể chụp hết ảnh này đến ảnh khác và học hỏi từ những sai lầm cũng như chiến thắng của mình để hoàn thiện kỹ năng của mình.

Cảm ơn bạn đã đọc, nếu bạn muốn xem nhiều ảnh và video về các dự án của tôi hơn hãy xem Kênh Instagram và YouTube của tôi