Трекер звезд с «скотч-креплением» на базе Arduino для астрофотографии: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Я узнал о креплении Scotch Mount, когда был моложе, и сделал его вместе с отцом, когда мне было 16. Это недорогой и простой способ начать работу с астрофотографией, который охватывает основы, прежде чем вы перейдете к сложным вопросам телескопа первичной фокусировки. внеосевое отслеживание и т.п. используйте весь рулон, бросьте его, через несколько дней заберите и посмотрите результаты), теперь это намного быстрее, дешевле и легче изучить методом проб и ошибок с цифровыми камерами. На последней ступеньке можно увидеть старые кадры 1997 года.

Дизайн, который я использовал тогда и сегодня, взят из этой книги Star Ware:

Для этого Instructable я также являюсь репозиторием Github для всех ресурсов Arduino: кода, схемы и списка частей с URL-адресами.

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

Крепление Scotch работает по очень простому принципу поворота часового колеса в определенное время, но, как я узнал, стабильность играет огромную роль в том, как получаются фотографии. Вращение часового колеса на нестабильной или непрочной конструкции, особенно при большом увеличении, приводит к появлению на фотографии звездных следов и дрожания. Чтобы преодолеть это и упростить и автоматизировать весь процесс, я создал простой моторный привод на базе Arduino, основанный на двигателе постоянного тока и некоторых пластиковых шестеренках (я вытащил одну из своих из сломанного игрушечного вертолета).

Есть и другие инструкции для крепления Scotch Mount или Barndoor Tracker, но для моего дизайна я хотел, чтобы крепление было маленьким и портативным, чтобы я мог бросить его в рюкзак и взять с собой в отдаленные районы, вдали от светового загрязнения Остина, штат Техас.

Шаг 1: «Мне сказали, что математики не будет!»

Земля вращается примерно на 360 ° за 24 часа, если мы разберем это, то это будет 15 ° за час или 5 ° за 20 минут.

Винт 1 / 4-20 - это обычное оборудование, у него 20 витков резьбы на дюйм, поэтому, если он будет проворачиваться со скоростью 1 оборот в минуту, потребуется 20 минут, чтобы пройти этот 1 дюйм.

Тригонометрия дает нам магическое число отверстия для часового колеса, которое находится на расстоянии 11,42 дюйма (29,0 см) от точки поворота в центре петли.

Шаг 2: материалы

Скотч Маунт:

• Верхняя плата, 3 дюйма на 12 дюймов (3/4 дюйма)
• Нижняя плата, 3 дюйма на 12 дюймов (3/4 дюйма)
• Петли. Рекомендуется одна длинная 3-дюймовая петля, убедитесь, что это прочная петля с небольшим «люфтом». Я использовал две простые петли, но есть много шевелений, и я могу заменить их на более прочную петлю.
• Касательный винт, винт с полукруглой головкой 1/4 - 20 на 4 дюйма
• 2 x шестигранные гайки, внутренняя резьба 1 / 4-20
• Глаза для винтов и резинка
• Головка штатива (возьмите легкую, но убедитесь, что она прочная, вы не хотите, чтобы из-за дешевого крепления роняла дорогая камера, или крепления ослаблялись и провисали во время съемки).
• Clockwheel Gears (я использовал 3: крошечный для двигателя, промежуточный, у которого есть крошечный и большой, и большой для самого часового колеса).
• Пластиковые стойки для моторного отсека. Начал с 1 дюйма и урезал их до нужного мне размера, когда у меня была нужная высота.
• Тонкая фанера для хобби - для крепления двигателей и шестерен (я использовал печатную плату от Radioshack, тонкую, легкую и достаточно прочную, используйте то, что лучше всего подходит).
• Ассорти из пружин (я раньше помогал шестерням / винтам и удерживал шестерни на одной линии). Я взял парочку от Лоуза, вытащил еще несколько из шариковых ручек и обрезал их до нужных размеров.
• Ассорти из шайб, предотвращающих трение движущихся частей о дерево.
• Простой кронштейн для крепления мотора.

Драйвер двигателя Arduino (определенные части находятся в списке частей Github с URL-адресами, по которым вы можете получить их в Интернете):

• Ардуино
• Моторный привод
• Драйвер мотора H-моста 1A (L293D)
• нажать кнопку
• переключатель включения / выключения

Шаг 3: Измерьте и отрежьте верхнюю и нижнюю доски

Отмерьте 12 дюймов на каждой доске, отметьте ее, обрежьте и отшлифуйте края.

Шаг 4: просверлите отверстия и установите оборудование

Есть куча отверстий, которые нужно просверлить, и из-за того, что требуется точное измерение, я рекомендую вам делать Часовое колесо в последнюю очередь (чтобы вы могли измерить 29 см точно от петли)!

Совет: я рекомендую постучать в отверстии керном, чтобы направить отверстие в нужном месте.

Вам предстоит просверлить следующие отверстия:

• Петли - не вкручивайте их просто потому, что доска может расколоться, просверлите отверстия по краям обеих досок, отверстие зависит от размера винта петли, измерьте винт и используйте сверло немного меньшего размера.
• Колесо с часами - 29 см от центра оси шарнира, на нем будет Т-образная гайка, расположение этого отверстия важно для того, чтобы доска и небо вращались с одинаковой скоростью, когда винт вращается со скоростью 1 об / мин. Т-образная гайка должна быть обращена вниз стороной доски (к земле).
• Головка штатива - по центру на верхней панели, размер зависит от головки штатива, я также использовал шайбу, чтобы она плотно прилегала.
• Крепление для штатива - Центрировано на нижней плате, 5/16 дюйма, и это отверстие будет иметь Т-образную гайку. Т-образная гайка также должна быть обращенной вниз стороной платы (к земле).

При добавлении Т-образных гаек я рекомендую вам нанести немного клея, прежде чем забивать его, и осторожно забивать. Я начал раскол на моей нижней плате (см. Фото), который мне пришлось отремонтировать.

Когда вы устанавливаете его на штатив, отверстие для крепления штатива и Т-образная гайка испытывают наибольшую нагрузку (затягиваются взад и вперед из-за веса камеры, когда она находится под углом), так что Т-образная гайка может ослабиться или полностью выпасть. убедитесь, что вы правильно приклеили его, и старайтесь удерживать вес по центру при использовании крепления. Хорошее стабильное крепление имеет решающее значение для фотографий без звездных следов / покачиваний.

Шаг 5: Крепление двигателя и шестерни

Сначала приклейте стандартную гайку 1 / 4-20 к одной из шестерен, это будет основная шестерня часового механизма, для этого я использовал большое количество клея Gorilla Glue (вы можете видеть на фото).

Во-вторых, приклейте крошечную шестерню к другой большой шестерне, это наша промежуточная шестерня, я использовал простой спиленный деревянный гвоздь в качестве акселя.

Установите двигатель на кронштейн (я застегнул молнию, а затем приклеил, когда выравнивание было правильным).

Настройка такова, что двигатель вращает большую шестерню с относительно быстрой скоростью (1 об / 5 секунд или около того), это связано с крошечной шестерней, которая движется с той же скоростью. Крошечная шестерня совмещена с главной шестерней часового привода, но, поскольку окружности разные, шестерня часового колеса вращается с гораздо меньшей скоростью. Мы стремимся к скорости 1 об / мин, а двигатель движется слишком быстро для этого. Таким образом, используя выключение и включение в коде Arduino, мне удалось замедлить передачу. Эта установка называется Gear Train, и вы можете узнать о ней немного больше здесь (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm). Вам придется поэкспериментировать с тем, какие значения работают. на время включения и выключения, чтобы шестерня вращалась с правильной скоростью для вашего двигателя и шестерен.

Вам нужен хороший корпус, чтобы все было выровнено и плавно вращалось. Позаботьтесь о том, чтобы выровнять отверстия, и используйте пружины и шайбы, чтобы шестерни двигались по гладкой поверхности и не касались какой-либо доски. Вероятно, это отняло у меня больше всего времени от проекта.

Шаг 6: Схема двигателя

Схема довольно проста, большинство подключений идет к драйверу двигателя H-Bridge, используйте прикрепленный образ или файл проекта Fritzing также включен в пакет Github.

Была добавлена кнопка для изменения направления (или вы также можете «перемотать» колесо часов вручную).

Переключатель включения / выключения просто упростил включение и выключение диска, когда он не используется / разрабатывается, вы также можете просто подключить питание к Arduino.

Направление двигателя зависит от того, как он был подключен, если вы вращаете неправильное направление, просто поменяйте полярность.

Шаг 7. Конечный результат, советы и рекомендации

И пользуйся! Выровняйте штатив, направьте Полярную звезду на шарнир, чтобы шарнир находился с левой стороны установки (в противном случае вы будете отслеживать в противоположном направлении).

Постарайтесь, чтобы вся установка была сбалансированной и стабильной. Не прикасайтесь к нему во время съемки и не тяните за кабели (используйте дистанционный спусковой механизм для вашей камеры) и попробуйте использовать такие методы, как блокировка зеркала (если ваша камера поддерживает это), чтобы получить четкие снимки без дрожания. Существует множество учебных пособий по астрофотографии, и вы быстро научитесь на собственном опыте.

На изображениях показаны два снимка, которые я сделал, используя всю установку, это было в освещенном загрязненном пригороде Остина, штат Техас, не самой ясной ночью, но получилось красиво. Орион длился около 2,5 минут, а более крупный снимок неба - 5 минут (но был слишком длинным из-за большого количества светового загрязнения и его пришлось масштабировать в Lightroom). Также есть 3 изображения кометы Хейла-Боппа с 1997 года, это было сделано с ручной поворотной установкой, а также с традиционной пленочной камеры. Вы можете увидеть, что вибрация или неправильное выравнивание могут сделать снимок.

Заключительные советы и мысли:

• Камеры и стекло в линзах ТЯЖЕЛЫЕ, мне пришлось использовать пружины, чтобы попытаться снять вес с часового механизма и помочь механизмам. Мотор, который я использовал, не обладал сумасшедшим крутящим моментом / мощностью, поэтому, если был слишком большой вес или шестерни находились заподлицо с досками, ему было трудно повернуть шестерню или просто заблокироваться. Более мощный мотор поможет, но это как раз то, что у меня было в наличии.
• Полярное выравнивание является ключевым моментом. Установка будет отслеживать неправильно, если она не выровнена должным образом. Вам понадобится прочный штатив, сбалансированный и отцентрованный (помогает штатив с пузырьковым уровнем)!
• У касательного крепления есть неотъемлемая ошибка, которая проявляется при более длительных выдержках, вы можете использовать корректирующую камеру для ее корректировки, которую можно найти здесь: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Я не беспокоюсь об этом, потому что я использую очень широкоугольный объектив (20 мм по сравнению с 50 мм) и продолжительность съемки не более 5 минут.
• Астрофотография по своей сути трудна и утомительна. Не выходите на улицу, ожидая потрясающих фотографий в первый раз, есть кривая обучения, конечно, более дорогое и точное оборудование может помочь, но не в том случае, если вы не знаете или не цените, как они работают. Но начните с малого, овладейте основами, тогда вы научитесь пользоваться дорогостоящим оборудованием и сможете хорошо им пользоваться. Вы по-прежнему можете делать отличные снимки с помощью простых настроек. Старые снимки 1997 года были «лучшими» из примерно 100 снимков, так что это был процесс обучения. С помощью Digital вы можете делать фото за фото и учиться на своих ошибках и победах, чтобы совершенствовать свои навыки.

Спасибо за чтение, если вы хотите увидеть больше фото и видео моих проектов, чем загляните в мой Instagram и канал на YouTube.