Arduino Powered 'Scotch Mount' Star Tracker สำหรับการถ่ายภาพดาราศาสตร์: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ฉันเรียนรู้เกี่ยวกับภูเขาสก็อตช์เมื่อตอนที่ฉันยังเด็กและเคยทำร่วมกับพ่อเมื่ออายุ 16 ปี เป็นวิธีที่ไม่แพงและง่ายในการเริ่มต้นถ่ายภาพดาราศาสตร์ ซึ่งครอบคลุมพื้นฐานต่างๆ ก่อนที่คุณจะเข้าสู่เรื่องกล้องโทรทรรศน์ที่ซับซ้อนซึ่งมีการโฟกัสเฉพาะจุด การติดตามนอกแกน ฯลฯ ครั้งแรกที่ฉันสร้างเมาท์นี้มันกลับมาใน '90s ดังนั้นฉันจึงต้องใช้กล้องฟิล์มและนำฟิล์มนั้นมาพัฒนาที่ร้านกล้องในท้องถิ่น มันเป็นกระบวนการที่มีราคาแพงและใช้เวลานาน (ถ่ายภาพ ใช้ม้วนทั้งหมด ปล่อยทิ้ง สองสามวันต่อมาหยิบขึ้นมาและเห็นผล) เร็วขึ้นมาก ถูกกว่า และเรียนรู้ได้ง่ายจากการลองผิดลองถูกด้วยกล้องดิจิทัลในตอนนี้ คุณสามารถดูภาพเก่าๆ จากปี 1997 ได้ในขั้นตอนสุดท้าย

การออกแบบที่ฉันใช้เมื่อก่อน และวันนี้ มาจากหนังสือเล่มนี้ Star Ware:https://www.philharrington.net/scotch.htm

สำหรับคำแนะนำนี้ ฉันยังเป็นที่เก็บ Github สำหรับสินทรัพย์ Arduino ทั้งหมด: รหัส แผนผัง และรายการส่วนที่มี URL

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

สก๊อตช์เมาท์ทำงานบนหลักการง่ายๆ ในการหมุนวงล้อนาฬิกาในบางช่วงเวลา แต่เมื่อเรียนรู้ว่าความเสถียรมีบทบาทอย่างมากในการที่ภาพถ่ายจะออกมา การหมุนวงล้อนาฬิกาด้วยการออกแบบที่ไม่มั่นคงหรือบอบบาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการซูมสูง จะทำให้เกิดเส้นแสงดาวและความกระวนกระวายใจในภาพถ่าย เพื่อเอาชนะสิ่งนี้และทำให้กระบวนการทั้งหมดง่ายขึ้นและเป็นอัตโนมัติ ฉันได้สร้างไดรฟ์มอเตอร์ที่ใช้ Arduino อย่างง่ายโดยใช้มอเตอร์กระแสตรงและเกียร์พลาสติก (ฉันดึงของฉันตัวหนึ่งออกจากเฮลิคอปเตอร์ของเล่นที่ชำรุด)

มีคำแนะนำอื่น ๆ สำหรับ Scotch Mount หรือ Barndoor Tracker แต่สำหรับการออกแบบของฉัน ฉันต้องการเมาท์ขนาดเล็กและพกพาได้ เพื่อที่ฉันจะได้โยนมันลงในกระเป๋าเป้แล้วนำไปยังพื้นที่ห่างไกลจากมลภาวะทางแสงของ Austin TX

ขั้นตอนที่ 1: 'ฉันบอกว่าจะไม่มีคณิตศาสตร์!'

โลกหมุนประมาณ 360° ใน 24 ชั่วโมง ถ้าเราทำลายมันลง ก็จะได้ 15° ในหนึ่งชั่วโมง หรือ 5° ใน 20 นาที

ตอนนี้สกรู 1/4-20 เป็นฮาร์ดแวร์ทั่วไป มันมี 20 เกลียวในหนึ่งนิ้ว ดังนั้นหากหมุนด้วยอัตรา 1 รอบต่อนาที ก็จะใช้เวลา 20 นาทีในการเดินทาง 1 นิ้วนั้น

ตรีโกณมิติให้ตัวเลขมหัศจรรย์แก่รูนาฬิกาของเราซึ่งอยู่ห่างจากจุดหมุนที่กึ่งกลางบานพับ 11.42 นิ้ว (หรือ 29.0 ซม.)

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุ

สก๊อตเมาท์:

• กระดานด้านบน 3 นิ้วคูณ 12 นิ้ว (3/4 นิ้ว)
• กระดานด้านล่าง 3 นิ้วคูณ 12 นิ้ว (3/4 นิ้ว)
• บานพับ ขอแนะนำให้ใช้บานพับขนาด 3 นิ้วยาว 1 อัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเป็นบานพับที่แข็งแรงและมี "บานพับ" ไม่มาก ผมใช้บานพับธรรมดาสองอันแต่มีการกระดิกเยอะมาก และฉันอาจเปลี่ยนบานพับออกเพื่อให้บานพับแข็งแรงขึ้น
• สกรูแทนเจนต์ สกรูหัวกลมยาว 1/4-20 x 4 นิ้ว
• 2 xTee nut, 1/4-20 เกลียวใน
• สกรูตาและยางรัด
• หัวขาตั้งกล้อง (ซื้อแบบน้ำหนักเบาแต่ต้องแข็งแรง คุณไม่ต้องการให้เมาท์ราคาถูกทำกล้องราคาแพงตก หรือเมาท์หลวมและห้อยระหว่างการถ่ายภาพ)
• Clockwheel Gears (ฉันใช้ 3: อันเล็กสำหรับมอเตอร์ อันกลางที่มีขนาดเล็กและใหญ่ และอันใหญ่สำหรับ clockwheel เอง)
• Standoffs พลาสติกสำหรับขาตั้งมอเตอร์ เริ่มจาก 1" แล้วตัดให้เหลือขนาดที่ต้องการเมื่อได้ความสูงที่เหมาะสมแล้ว
• ไม้อัดอดิเรกแบบบาง - สำหรับติดมอเตอร์และเฟือง (ฉันใช้แผงวงจรจาก Radioshack บาง เบา และแข็งแรงพอ ใช้สิ่งที่ดีที่สุด)
• สปริงคละแบบ (ฉันเคยช่วยเกียร์/สกรูและเข้าเกียร์ในแนวเดียวกัน) ฉันได้สองสามชิ้นจาก Lowes และดึงปากกาลูกลื่นคนอื่นๆ ออกมาแล้วตัดให้เหลือขนาดที่เหมาะสม
• เครื่องซักผ้าคละแบบเพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวบดกับไม้
• ขายึดแบบเรียบง่ายสำหรับแท่นยึดมอเตอร์

Arduino Motor Driver (บางส่วนอยู่ในรายการชิ้นส่วน Github พร้อม URL ที่ซึ่งคุณสามารถออนไลน์ได้):

• Arduino
• มอเตอร์ไดรฟ์
• ตัวขับมอเตอร์บริดจ์ H 1A (L293D)
• ปุ่มกด
• สลับเปิด/ปิด

ขั้นตอนที่ 3: วัดและตัดบอร์ดด้านบนและด้านล่าง

วัดแต่ละกระดาน 12 นิ้ว ทำเครื่องหมาย ตัด และขัดขอบ

ขั้นตอนที่ 4: เจาะรูและเพิ่มฮาร์ดแวร์

มีรูให้เจาะรูอยู่หลายรู และเนื่องจากต้องใช้การวัดที่แม่นยำ ฉันแนะนำให้คุณใช้ Clockwheel อยู่นาน (เพื่อให้คุณสามารถวัดจากบานพับ 29 ซม. ได้อย่างแม่นยำ)!

เคล็ดลับ: ฉันแนะนำให้เคาะรูโดยใช้หมัดเพื่อช่วยชี้นำรูให้ถูกจุด

คุณจะเจาะรูต่อไปนี้:

• บานพับ - อย่าเพิ่งขันสกรูเข้าไปเพราะกระดานอาจแตกได้ เจาะรูที่ขอบของกระดานทั้งสอง รูขึ้นอยู่กับขนาดสกรูของบานพับ วัดสกรู และใช้ดอกสว่านที่เล็กกว่าเล็กน้อย
• Clockwheel - 29 ซม. จากศูนย์กลางของสลักบานพับ จะได้ T-nut ตำแหน่งของรูนี้จำเป็นต่อการได้บอร์ด และท้องฟ้าจะหมุนในอัตราเดียวกันเมื่อหมุนสกรูที่ 1 รอบต่อนาที น็อตตัวทีควรอยู่ด้านล่างของกระดาน (หันไปทางพื้น)
• หัวขาตั้งกล้อง - อยู่ตรงกลางกระดานด้านบน ขนาดขึ้นอยู่กับหัวขาตั้งกล้อง ฉันยังใช้แหวนรองของฉันเพื่อให้กระชับพอดี
• Tripod Mount - Centered on bottom board, 5/16-inch and this hole will be an T-nut. เมาท์ขาตั้งกล้อง น็อตตัวทีควรอยู่ด้านล่างของกระดาน (หันไปทางพื้น)

เวลาใส่ T-nuts ฉันแนะนำให้คุณทากาวลงไปก่อนจะตอกมันเข้าไป แล้วใช้ค้อนทุบเบาๆ ฉันเริ่มรอยแยกบนกระดานด้านล่างของฉัน (ดูรูป) ที่ฉันต้องซ่อมแซม

เมื่อคุณติดตั้งบนขาตั้งกล้อง รูสำหรับยึดขาตั้งกล้องและน็อตตัวทีจะรับแรงกดมากที่สุด (บิดไปมาจากน้ำหนักของกล้องเมื่อทำมุม) เพื่อให้ T-nut มีแนวโน้มที่จะคลายหรือหลุดออกมาโดยสิ้นเชิง ตรวจสอบว่าคุณติดกาวเพียงพอและพยายามให้น้ำหนักอยู่กึ่งกลางเมื่อใช้แท่นยึด การยึดที่มั่นคงและมั่นคงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับภาพถ่ายที่ไม่มีเส้นแสงดาว/กระตุก

ขั้นตอนที่ 5: แท่นยึดมอเตอร์และเฟือง

ขั้นแรกทากาวน็อตมาตรฐาน 1/4-20 เข้ากับเฟืองตัวใดตัวหนึ่ง นี่จะเป็นเฟืองขับนาฬิกาหลัก ฉันใช้กาวกอริลลากาวในปริมาณที่พอเหมาะสำหรับสิ่งนี้ (คุณสามารถเห็นได้ในรูปภาพ)

อันที่สองติดเฟืองเล็กๆ กับเฟืองใหญ่อีกอัน นี่คือเฟืองกลางของเรา ฉันใช้ตะปูไม้แบบเรียบง่ายตัดเป็นแกน

ติดตั้งมอเตอร์เข้ากับโครงยึด (ฉันผูกซิปแล้วติดกาวในภายหลังเมื่อฉันจัดตำแหน่งถูกต้อง)

การตั้งค่าคือให้มอเตอร์หมุนเกียร์ขนาดใหญ่ในอัตราที่ค่อนข้างเร็ว (1 รอบ / 5 วินาทีหรือมากกว่านั้น) ซึ่งเชื่อมต่อกับเฟืองเล็ก ๆ ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยอัตราเดียวกัน เฟืองเล็กๆ นี้จัดวางกับเฟืองขับนาฬิกาหลัก แต่เนื่องจากเส้นรอบวงต่างกัน เฟืองล้อนาฬิกาจะหมุนในอัตราที่ช้ากว่ามาก เรากำลังตั้งเป้าไว้ที่ความเร็ว 1 รอบ/นาที และมอเตอร์เคลื่อนที่เร็วเกินไปสำหรับเรื่องนั้นเล็กน้อย ดังนั้นโดยการใช้คำสั่งปิดและเปิดในโค้ด Arduino ฉันสามารถจัดการเกียร์ให้ช้าลงได้ การตั้งค่านี้เรียกว่า Gear Train และคุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมอีกเล็กน้อยเกี่ยวกับมันได้ที่นี่ (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm) คุณจะต้องทดลองกับค่านิยมที่ใช้ได้ผล สำหรับเวลาเปิดและปิดเพื่อให้เกียร์หมุนในอัตราที่ถูกต้องสำหรับมอเตอร์และเกียร์ของคุณ

คุณต้องมีที่อยู่อาศัยที่ดีเพื่อให้ทุกอย่างเข้าแถวและหมุนได้อย่างราบรื่น ระมัดระวังในการเรียงรูของคุณและใช้สปริงและแหวนรองเพื่อให้เฟืองเคลื่อนที่บนพื้นผิวเรียบและไม่บดกับกระดานทั้งสองแผ่น นี่อาจทำให้ฉันใช้เวลามากที่สุดจากโครงการ

ขั้นตอนที่ 6: วงจรมอเตอร์

วงจรไฟฟ้าค่อนข้างเรียบง่าย โดยการเชื่อมต่อส่วนใหญ่ไปที่ไดรเวอร์มอเตอร์ H-Bridge ใช้รูปภาพที่แนบมาหรือไฟล์โครงการ Fritzing จะรวมอยู่ในแพ็คเกจ Github ด้วย

มีการเพิ่มปุ่มกดเพื่อย้อนกลับทิศทาง (หรือคุณสามารถ "กรอกลับ" วงล้อนาฬิกาด้วยมือได้เช่นกัน)

สวิตช์เปิด/ปิดช่วยให้เปิดและปิดไดรฟ์ได้ง่ายขึ้นเมื่อไม่ได้ใช้งาน/กำลังพัฒนา คุณยังสามารถดึงพลังงานไปยัง Arduino ได้อีกด้วย

ทิศทางของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับวิธีการต่อสาย หากคุณหมุนผิดทิศทาง ให้กลับขั้ว

ขั้นตอนที่ 7: ผลลัพธ์สุดท้าย เคล็ดลับและลูกเล่น

และใช้! จัดตำแหน่งขาตั้งกล้อง มองดาวเหนือลงมาตามบานพับ โดยให้บานพับอยู่ทางด้านซ้ายของชุดติดตั้ง (มิฉะนั้น คุณจะติดตามไปในทิศทางตรงกันข้าม)

พยายามทำให้การตั้งค่าทั้งหมดมีความสมดุลและมีเสถียรภาพ อย่าสัมผัสมันระหว่างการถ่ายภาพ หรือดึงสายเคเบิล (ใช้รีโมทควบคุมสำหรับกล้องของคุณ) และลองใช้เทคนิคต่างๆ เช่น Mirror Lockup (หากกล้องของคุณรองรับ) เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดปราศจากการสั่นไหว มีบทช่วยสอนมากมายเกี่ยวกับการถ่ายภาพดวงดาว และคุณจะได้เรียนรู้อย่างรวดเร็วจากประสบการณ์

ภาพแสดงภาพสองช็อตที่ฉันใช้การตั้งค่าทั้งหมด ภาพนี้อยู่ในเขตชานเมืองออสติน เท็กซัส ที่มีแสงน้อยในคืนที่ปลอดโปร่ง แต่ภาพออกมาดี กลุ่มดาวนายพรานมีความยาวประมาณ 2.5 นาที และภาพบนท้องฟ้าที่ใหญ่กว่านั้นใช้เวลา 5 นาที (แต่นานเกินไปเนื่องจากปริมาณมลพิษทางแสงและต้องลดขนาดลงใน Lightroom) นอกจากนี้ยังมีภาพถ่ายของดาวหางเฮล-บอปป์จากปี 1997 จำนวน 3 ภาพจากเมาท์แบบหมุนด้วยมือและกล้องฟิล์มแบบดั้งเดิม คุณสามารถดูได้ว่าการสั่นสะเทือนหรือการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องสามารถทำอะไรกับช็อตได้

เคล็ดลับและความคิดสุดท้าย:

• กล้องและกระจกในเลนส์มีน้ำหนักมาก ฉันต้องใช้สปริงเพื่อลดน้ำหนักจากเกียร์นาฬิกาและเพื่อช่วยเกียร์ มอเตอร์ที่ฉันใช้ไม่มีแรงบิด/กำลังแรงมาก ดังนั้นหากมีน้ำหนักมากเกินไปหรือเกียร์ติดอยู่ที่แผงหน้าปัด แสดงว่ามีปัญหาในการเข้าเกียร์หรือล็อกขึ้นตรงๆ มอเตอร์ที่แรงกว่าจะช่วยได้ แต่นี่เป็นเพียงสิ่งที่ฉันมี
• การจัดแนวขั้วเป็นกุญแจสำคัญ การตั้งค่าจะติดตามผิดหากจัดตำแหน่งไม่ถูกต้อง คุณต้องมีขาตั้งกล้องที่แข็งแรงและมีความสมดุลและอยู่ตรงกลาง (อันที่มีระดับฟองสบู่ช่วยได้)!
• มีข้อผิดพลาดโดยธรรมชาติของเมาท์แทนเจนต์ที่ปรากฏขึ้นเมื่อเปิดรับแสงนานขึ้น คุณสามารถใช้กล้องแก้ไขเพื่อปรับแต่งได้ ที่นี่:https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en.html ฉันไม่กังวลเรื่องนี้เพราะฉันใช้เลนส์มุมกว้าง (20 มม. เทียบกับ 50 มม.) และระยะเวลาประมาณ 5 นาที
• การถ่ายภาพดาราศาสตร์เป็นเรื่องยากและน่าหงุดหงิดโดยเนื้อแท้ อย่าคาดหวังว่าจะได้ภาพถ่ายที่ยอดเยี่ยมในครั้งแรก เพราะมีช่วงการเรียนรู้ แน่นอนว่าอุปกรณ์ที่มีราคาแพงและแม่นยำกว่าสามารถช่วยได้ แต่ถ้าคุณไม่รู้หรือชื่นชมวิธีการทำงานของมัน แต่เริ่มต้นเล็ก ๆ ฝึกฝนพื้นฐานแล้วคุณจะรู้วิธีใช้อุปกรณ์ราคาแพงและจะสามารถใช้งานได้ดี คุณยังสามารถถ่ายภาพสวยๆ ได้ด้วยการตั้งค่าง่ายๆ ช็อตเก่าจากปี 1997 เป็นภาพที่ "ดีที่สุด" จากทั้งหมด 100 นัด ดังนั้นจึงเป็นกระบวนการเรียนรู้ ด้วย Digital คุณสามารถถ่ายภาพทีละภาพและเรียนรู้จากความผิดพลาดและชัยชนะของคุณเพื่อปรับแต่งทักษะของคุณ

ขอบคุณที่เข้ามาอ่าน หากคุณต้องการดูรูปภาพและวิดีโอของโปรเจ็กต์ของฉันมากกว่าลองดูที่ช่อง Instagram และ YouTube ของฉัน