Okularauszug mit einem Motor ausrüsten

N.I.N.A. bietet ein wunderschönes Feature: Autofokus! Das Fokussieren eines C9.25 mit einer ASI1600MM ist wirklich kompliziert! Schon kleine Temperaturänderungen lassen die Sterne im Bild sich aufblähen! Da ich mein C9.25 mit einem 2“-Okularauszug ausgerüstet habe, was an sich das Fokussieren schon enorm erleichtert, bin ich noch einen Schritt weiter gegangen und habe diesen mit einem Motor ausgerüstet. Dann kann N.I.N.A. automatisch vor jedem Bild wieder scharf stellen. Da ich bei meiner Montierung über OnStep gleich einen Anschluß für einen Fokusmotor herausgelegt habe, hielt sich der Aufwand in Grenzen. Es war lediglich über einige 3D-Druckteile ein Schrittmotor zu adaptieren.

Mein Okularauszug bietet eine 10:1-Untersetzung für sehr feinfühliges Verstellen. Den Handknopf für diese Untersetzung habe ich durch ein GT2-Zahnriemenrad ersetzt. Das hört sich einfacher an als es ist. Die Achse dieser Untersetzung hat ein sehr ungünstiges Maß von 2.5mm Durchmesser. Für diesen Durchmesser habe ich keine Zahnriemenräder gefunden. Also habe ich in einer ersten Version das Zahnriemenrad ebenfalls gedruckt. Das funktioniert erstaunlich gut. Allerdings werde ich das gedruckte Rad durch eine Version aus Aluminium ersetzen und die Adaption von 2.5mm auf 5mm über V2A-Kapilarröhren vornehmen.

An dem Okularauszug habe ich lediglich zwei vorhandene Löcher von 5.2mm Durchmesser mit einem M6-Gewinde versehen um die Konstruktion fest mit dem Auszug zu verschrauben.

Der Schrittmotor (ein NEMA17) wird über ein 1:1 RJ10-Kabel mit der Montierung verbinden.

OnStep erfordert für die richtige Konfiguration des Motors einige Parameter. In der config.h von OnStep muss angegeben werden, wie viele Schritte für ein µm Verstellweg benötigt werden. Mein Motor wird mit einem DRV8825 mit 32 µSteps angesteuert. Damit benötigt er 6400 Schritte für eine Umdrehung, eine Umdrehung bewegt den Auszug um 0.9mm. Somit habe ich in OnStep 7.1 Steps/µm eingetragen. Über den gesamten Verfahrweg von 25mm ergeben sich 177500 Schritte.

Die Konfiguration für OnStep wie ich sie verwende:

// AXIS4 FOCUSER 1
// see https://onstep.groups.io/g/main/wiki/6-Configuration#AXIS4
#define FOCUSER1                      ON //    OFF, ON to enable this focuser.                                               Option
#define AXIS4_STEPS_PER_MICRON        7.1 //    0.5, n. Steps per micrometer. Figure this out by testing or other means.      Adjust
#define AXIS4_SLEW_RATE_DESIRED       900 //    500, n, Where n=200..5000 (um/s.) Max microns/second. In DC mode, max pwr %   Adjust

#define AXIS4_DRIVER_MODEL            OFF //    OFF, TMC2130, TMC5160. Leave OFF for all drivers models except these.         Option
#define AXIS4_DRIVER_MICROSTEPS       OFF //    OFF, n. Microstep mode when tracking.                   For TMC2130, TMC5160. Option
#define AXIS4_DRIVER_IHOLD            OFF //    OFF, n, (mA.) Current standstill. OFF uses IRUN/2.0.                  "       Option
#define AXIS4_DRIVER_IRUN             OFF //    OFF, n, (mA.) Current tracking, appropriate for stepper/driver/etc.   "       Option
#define AXIS4_DRIVER_POWER_DOWN       ON //    OFF, ON Powers off the motor at stand-still.                                  Option
#define AXIS4_DRIVER_REVERSE          OFF //    OFF, ON Reverses movement direction, or reverse wiring instead to correct.    Option
#define AXIS4_DRIVER_DC_MODE          OFF //    OFF, DRV8825 for pwm dc motor control on stepper driver outputs.              Option

#define AXIS4_LIMIT_MIN_RATE           50 //     50, n. Where n=1..1000 (um/s.) Minimum microns/second. In DC mode, min pwr.  Adjust
#define AXIS4_LIMIT_MIN                 0 //      0, n. Where n=0..500 (millimeters.) Minimum allowed position.               Adjust
#define AXIS4_LIMIT_MAX                25 //     50, n. Where n=0..500 (millimeters.) Maximum allowed position.               Adjust

Tauschutzkappen-Controler mit Umweltsensor

Ohne Tauschutz geht es leider bei uns nicht. Aber wann droht Tau? Wann muss denn nun die Taukappe eingeschaltet werden? Und wie stark? Also besser gleich ohne Leistungsdrosselung, damit es nicht zutaut. Aber was ist mit dem „seeing“, welches durch die Wärme der Taukappe entsteht? Keine Ahnung!

Also habe ich mir einen kleinen Taukappen-Controller gebaut, der über einen Umweltsensor den Taupunkt an der Schmidt-Platte meines Teleskops berechnet und die Taukappe entsprechend steuert. Da ich zwei Taukappen habe, ist das Gerär mit zwei Kanälen ausgestattet und ausgesprochen einfach. Gesteuert wird das ganze über einen WEMOS D1 min, der ist über die USB-Schnittstelle mit dem ASCOM-Treiber für dieses Gerät verbunden. Die Taukappen werden mit 12V versorgt, die Leistung wird über PWM mit n-Kanal-MOSFET geregelt. Zwei Umweltsensoren (BMP280) werden mit einem vierpoligen Kabel verbunden und sitzen innerhalb der Taukappe und „linsen“ über den Rand der Optik, keine Obstruktion, aber genau an dem Orte des Geschehens.

Die Schaltung ist extrem einfach und findet in einem robusten Aluminium-Gehäuse Platz. Die WiFI-Fähigkeiten des WEMOS sind komplett abgeschaltet. Der ursprüngliche Plan, den Controller per MQTT über WiFi zu steuern habe ich verworfen, das funktionierte sehr unzuverlässig mit einem kleinen WLAN-Accesspoint, dem MQTT-Broker auf dem NUC der Montierung und dem kleinen Controller. Die Verbindung zum Broker wurde entweder nicht hergestellt, oder der WEMOS kam überhaupt nicht in das WLAN der Montierung hinein oder es gab permanent Verbindungsabbrüche. Da der Controller sowieso auf dem Teleskop sitzt und mit den beiden Taukappen und 12V verbunden ist, stört es nicht weiter, noch eine USB-Verbindung zum Montierungsrechner herzustellen. Damit läuft alles sehr zuverlässig.

Schaltung des Taukappencontrollers „StroblCap“. Einfacher geht es kaum noch. Der Anschlüsse für den Schaltregler von 12V auf 5V sind hier noch eingezeichnet, wird aber nicht mehr bestückt, da der µC über USB versorgt wird.
Board, passend für ein kleines Aluminiumgehäuse. Links die kleinen RJ10-Stecker, über die der I2C-Bus für die BMP280-Sensoren herausgeführt ist. Die Taukappen werden über verdrahtete Cynch-Buchsen angeschlossen. Die 12V werden verdrahtet über eine Mini-XLR-Buchse zugeführt, Pin 2 12V, Pin 1 GND.

Die Software (Arduino-Firmware, ASCOM-Treiber und Viewer) ist auf Github verfügbar:

https://github.com/stroblhofwarte/StroblCap

Der ASCOM-Treiber stellt für jeden Kanal zwei OnOff-Schalter und einen Wert für die Leistung von 0-100% an der Taukappe zur Verfügung. Ein Schalter pro Kanal zum Ein- und Ausschalten ohne die Leistung zu verändern und ein Schalter pro Kanal um die automatische Steuerung zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.

Der Controller in N.I.N.A. und unten der Viewer mit der Kurve für Kanal 1.

Der Viewer zeigt für jeden Kanal die gemessene Temperatur, den berechneten Taupunkt und bei Bedarf die momentane Leistung und den Feuchtigkeitswert in einer Kurve an. Der Viewer und der ASCOM-Treiber können parallel laufen. Die Automatik versucht, die Temperatur immer 5°C über dem Taupunkt zu halten.

Der BME280-Sensor für den ersten Kanal muss auf die I2C-Adresse 0x76 hören, der für den zweiten auf 0x77. Der Auslieferungszustand der kleinen BME280-Boards ist normalerweise die Adresse 0x76. Für die Adresse 0x77 muss eine kleine Leiterbahn durchtrennt und eine Lötbrücke gesetzt werden. Dies ist gut im Internet unter https://lastminuteengineers.com/bme280-arduino-tutorial/ beschrieben.

Shutter-Device für ZWO ASI120MM-S oder andere kleine Kameras

(Für einen Einsatz unter Windows gibt es jetzt einen ASCOM-Treiber, siehe unten)

Um den Prozess zur Erstellung von Dark-Frames zu automatisieren und nicht im Dunklen irgendwelche Optiken abdecken zu müssen, habe ich für Kameras ohne Shutter eine kleine Klappe „entwickelt“, welche sich einfach vor das Objektiv klappt und dieses abdeckt. Die Klappe wird über ein kleines Modellbauservo bewegt und per WEMOS D1 mini angesteuert und über INDI als „Filter Wheel“ kontrolliert. Für Dark-Frames muss lediglich das Filter Wheel auf Position 2 gesetzt werden. Für Frames ohne Abdeckung dementsprechend auf Position 1. Die Positionen können natürlich mit Namen wie „Light“ und „Dark“ versehen werden.

Die „Klappe“, hier schon über ASCOM von N.I.N.A. aus gesteuert.

Der mechanische Teil ist 3D-gedruckt, das ganze „Gerätchen“ wird einfach auf die GP-Schiene vor mein ETX-70 gesetzt und an den Astroberry per USB-Kabel angeschlossen. Das WiFi-Interface von dem WEMOS wird nicht verwendet.

Das Gehäuse für den WEMOS D1 mini ist abgeleitet von https://www.thingiverse.com/thing:2448685/files [Case for OLED screen + Wemos D1 mini ESP8266by CPLK July 23, 2017], die restlichen STL-Files liegen mit auf Github (siehe unten). Die Klappe selber muss natürlich an das Teleskop angepasst werden, es kann auch einfach eine undurchsichtige Kunststoffscheibe sein. Die Klappe wird dann einfach auf den vom Servo bewegten Halter passend geklebt.

Der Servo (ich habe einen Micro-Servo für wenige EUR aus China verwendet) wird einfach zwischen GND (braunes Kabel), 3.3V (rotes Kabel) und D3 (orangenes Kabel) an den D1 mini gelötet. Die Gesamtkosten für dieses „Kläppchen“ liegen unter 10,- EUR.

Die Software auf dem D1 mini ist extrem einfach (fast nicht als Software zu bezeichnen) und beherrscht drei Befehle:

G:Der D1 mini gibt eine „Greeting“-Message aus, anhand derer der INDI-Treiber das Gerät erkennen kann (Antwort auf dem seriellen Bus: ArduinoShutter# ).
O:Die Klappe wird geöffnet, liegt also flach vor dem Teleskop (Antwort auf dem seriellen Bus: open# )
C:Die Klappe wird geschlossen, verdeckt also das Teleskop (Antwort auf dem seriellen Bus: close# )
Die „Befehle“ des Shutters

Das ArduinoFw.ino, der INDI Arduino Shutter Treiber und die 3D-Files sind auf Github verfügbar: https://github.com/stroblhofwarte/ShutterDevice.git

Was ist hier los?

Da ich für mein Teleskop-Setup entschieden habe, auf eine Windows-Umgebung mit ASCOM umzusteigen, gibt es auf dem oben angegebenen Github-Repo ein Unterordner „ASCOM“ in dem sowohl ein Installer als auch die Quellen für den ArduinoFW-ASCOM-Treiber zu finden sind. Der Installer ist nur für x64-System geeignet.

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