Seurantalaite tähtitaivaan kuvaukseen (ladon ovi -malli)
Seurantalaite tähtitaivaan kuvaukseen
DIY ladon ovi -malli
Olen kuvannut tähtitaivasta ja
varsinkin Linnunrataa jonkin verran, mutta tulos ei ole minua
tyydyttänyt. Kalustona on Nikon D810 ja objektiiveina Sigman 24mm
Art sekä 50mm Art. Ongelmaksi tulee vähäinen valotusaika.
Tutkin netistä mahdollista ratkaisua
asiaan ja pitkän etsinnän tuloksena päädyin rakentamaan
seurantalaitteen, joka eliminoi maapallon pyörimisliikkeen
aiheuttaman ongelman.
Löysin ohjeen, jonka avulla aloitin
suunnitella omaa laitetta: ladonovet, joita liikuttaa askelmoottorin
pyörittämä suora kierretanko. Laitetta ohjaa Arduino Mega 2560
mikrokontrolleri. Piti ottaa huomioon omat kyvyt ja mahdollisuudet
laitteen rakentamiseen. Suunnitelman pohjana oli tämä artikkeli http://www.nutsvolts.com/magazine/article/january2015_Wierenga
Jos olet kiinnostunut asiasta lue ko.
artikkeli. Minulla on vain pieni nurkkaus rivitalohuoneiston
varastossa, jossa voin tehdä esimerkiksi puutöitä tai vastaavaa ja
työkalut ovat käsiporakonetta sekä pientä laikkahiomakonetta
lukuun ottamatta perinteisiä käsityökaluja. Tein alkuperäiseen
ohjeeseen nähden muutoksia, jotka osaltaan helpottivat rakentamista.
Ladonovi ei voi olla rakenteeltaan ”lonksu”, vaan liikkuvien
osien on oltava herkästi liikkuvia mutta ei liian väljiä. Tämän
takia tein yhtenä päivänä muutamia porauksia ystäväni
autotallissa, jossa oli pylväsporakone. Käsiporakoneella reikiä on
lähes mahdoton saada suoraan.
Elektroniikan osalta tein kaiken tuon
ohjeen mukaan. En ymmärrä elektroniikasta kovin paljon mutta olen
aikaisemminkin juottanut komponentteja piirilevyyn eikä se nytkään
tuottanut vaikeuksia.
Ohjelmakoodiin tein muutoksia ja
laskukaavoja muutin järkevimmiksi. Tässä työssä oli suurena
apuna tyttäreni poika, joka kertasi juuri trigonometriaa tulevia
yo-kirjoituksia varten, hän on ollut myös innokas kaveri
kuvausreissuilla.
Laite on nyt valmis. Tein myös
laitteen suuntausta helpottavan tukevan telineen, koska kolmijalka
osoittautui tutisevaksi.
Muutama kuva on päästy ottamaan ja
tulokset ovat rohkaisevia. Kokeilimme myös Tamron SP 70 – 300mm
F/4-5.6 Di VC USD zoom-objektiivia.
Orionin kaasusumu 300mm f/5.6 Iso 1600 163s |
Seuraavilla sivuilla kerron
rakennusprojektin vaiheista. Tämä ei ole mikään tarkka
rakennusohje, mutta se auttaa ratkaisemaan niitä asioita, joita
tulee vastaan rakentamisen aikana. Jokainen rakentaja voi tehdä omia
valintoja niin kuin minäkin olen tehnyt. Ennen rakentamista ja osien
hankkimista olin mielessäni suunnitellut laitetta mutta mitään
piirustuksia en tehnyt. Punaisena lankana on kuitenkin ollut tuo
sivun alkuosassa mainittu artikkeli.
Näin rakensin seurantalaitteen
Hankittu materiaali
Vesivaneria 2kpl 300 x 50 x 18
( paikallisesta puutavaraliikkeestä
)
Saranat 3kpl 100mm
( K-Rauta )
Kromipinnoitettu
tanko 20mm x 1m
Kierretanko RST 8mm
x 1m
( Motonet )
Kuulapää Velbon
QHD-62Q
( Digitarvike )
( Amazon.de ) ( Amazon.co.uk )
Ontto
saranatappi 300mm
( sahattu sateenvarjon varresta )
Step motor, unipolar, 9KG-CM, 6.2V, 1.0A 57BYGH213
(
Kysan Electronics ) ei kuvassa
–---------------------------------------------------
BUZ11A 4kpl
( PARTCO )
Vastukset ja
johtoliittimet:
(
Amazon.co.uk )
( Amazon.co.uk ) ei kuvassa
–----------------------------------------------------
Tässä
on mainittu hankkimani materiaali. Tämän lisäksi tarvitaan sopivia
ruuveja, muttereita, liimaa ym.
Huom! Punaisella
merkityt olen poistanut käytöstä tai korvannut toisella
tuotteella, sinisellä merkityt eivät olleet kuvaushetkellä vielä
paikalla. Asiasta lisää myöhemmin tekstissä.
Ladonovien rakentaminen
Halusin rakentaa
sähköisen puolen alkuperäisten ohjeiden mukaan ja käyttää aivan
samoja komponentteja. Askelmoottori oli ongelmallinen saada, se
löytyi kyllä amerikkalaisesta verkkokaupasta, mutta he eivät
toimittaneet sitä Suomeen. Sain sovittua englantilaisten ystävien
kanssa, että voin tilata ko. moottorin heille ja saan sen sieltä
myöhemmin. Verkkokaupan tilausta tehtäessä tuli toinen murhe: alle
100$ tilauksia ei toimiteta ulkomaille. En kuitenkaan suostunut
ostamaan 3kpl moottoreita. Sähköposti sinne ja he lupasivat
lähettää moottorin ohi verkkokaupan järjestelmän. Ehkä he
olisivat lähettäneet sen suoraan Suomeenkin, mutta en enää
halunnut vaatia enempää ekstrapalvelua. Aloin tehdä laitetta
vaikkei moottoria vielä ollut. Netissä oli askelmoottorista
mittapiirros, josta sain tarkat mitat. Moottori tuli Kiinasta
Englantiin ja sieltä se lähetettiin Suomeen. Toimitus kesti
muutaman viikon ja saavuttuaan siitä oli yksi kiinnityskorva
lysässä. Kuljetusvaurio ei kuitenkaan vaikuttanut moottorin
kiinnitykseen, koska se tulee kiinni vain kahdesta kulmasta.
Ostin yhden
ylimääräisen vanerilevyn siltä varalta, että joku mittaus,
sahaus tai poraus menisi pieleen. Sahasin ylemmästä levystä palan
pois, jotta Arduinolle jää tilaa. Merkkasin laakeripesien paikat
maalarinteipillä ja mittasin reikien paikat tarkasti. Löin vielä
terävällä puikolla merkin jokaiselle reiälle. Laakeripesien
tilauksessa sattui pieni virhe, olisi pitänyt ostaa sellaiset joiden
päädyssä on reiät ja niissä kierteet. Tein reiät ja kierteet
sitten itse, jotta pystyin kiinnittämään päätylevyt niihin,
ettei akselit pääse liikkumaan holtittomasti.
Seuraavaksi
katkaisin akselista sopivat palat rautasahalla, merkkasin lovettavat
paikat ja lovesin ne käyttäen rautasahaa, hiomakonetta, jossa oli
katkaisulaikka ja viilaa. Laitoin taas maalarinteippiä akseleihin ja
merkkasin reikien paikat sekä löin niihin pistepuikolla merkit.
Merkatut levyt ja
akselit mukana suuntasin ystäväni luo, jolla on pylväsporakone.
Reiät porattiin ensin pienellä terällä, koska kohdistus oli
helpompaa ja vasta sitten lopuksi oikean kokoisella. Kumpaankin
akseliin tuli kierteitä ja ne tehtiin myös pylväskoneessa, jotta
kierretappi lähtee heti oikeaan suuntaan. Levyihin poratut reiät
viimeisteltiin vielä toiselta puolelta senkkausterällä, jotta
ruuvien kannat saatiin upotettua levypinnan alapuolelle.
Kalibroinnissa käytettävä ontto saranatappi |
Ohjeissa oli hieno
oivallus pitkästä saranatapista, joka oli ”putki” josta pystyi
suuntaamaan saranatapin. Tästä laitteesta oli tulossa sen verran
painava, ettei heppoinen saranaratkaisu tullut kyseeseen. Valitsin
ensin 2 tukevaa saranaa ja porasin 8mm terällä auki saranatapin
reiät ja laitoin uudeksi saranatapiksi kuvausvalon sateenvarjon
varresta katkaistun pätkän. Tuo uusi saranatappi oli hieman
heiveröistä, joten laitoin vielä kolmannen saranan edellisten
väliin ( en löytänyt sopivaa teräsputkea mistään ).
Ennen kuin
saranoita pystyi kiinnittämään, piti varsinaisiin ladonoviin
kiinnittää nämä jo aiemmin hankitut vanerikaistaleet liimalla ja
ruuveilla. Saranoita varten piti kovertaa vielä ura, jotta ne sai
istumaan tukevasti tuohon ovien väliin. Tarkka sovitus ja merkkaus,
ettei saranat väänny pois linjasta.
Ennen kuin
kiinnittää laakeripesät, akselit sekä askelmoottorin ja
kierretangon on hyvä tehdä kameran kiinnikkeelle sopiva jalka. Tein
myös pohjalevyyn kiinnikkeen kolmijalkaa varten. Kolmijalkani on
kuvaamiseen liian hutera, mutta sitä on kätevä käyttää kun
kalibroi etsintäkaukoputkea.
Elektroniikka
Alussa jo kerroin
aikomuksesta tehdä elektroniikka aivan alkuperäisen ohjeen mukaan.
Juotostyöt onnistuivat kerralla. Osia hankkiessa iski nuukuus ja
ostin Arduinon tilalle kloonin, joka oli halvempi. Klooni ei
kuitenkaan toiminut. En saanut siihen ohjelmaa ladattua. Säästö ei
kannattanut, sillä jouduin kuitenkin ostamaan originaalin Arduino
Mega 2560.
Tein ohjelmakoodiin
muutoksia useita kertoja ja otin varmuuden vuoksi aina Arduinon irti
lisäkorteista, kun latasin uuden ohjelman.
LCD näyttö /
näppäimistö kortti toimi näytön osalta, mutta sen näppäimistö
oli surkea. En voinut kuvitella painavani sen painonappeja maastossa
pilkkopimeällä. Painonapeille oli mielestäni suunniteltu liikaa
toimintoja. Lisäksi tämä kortti asettui tähän kokonaisuuteen
niin, ettei se mahtunut hankkimaani koteloon. Näytöllä ei ole
todellista käyttöä kuvaustilanteissa. Testausvaiheessa oli
kuitenkin mahdollisuus saada dataa tietokoneen näytölle, joten
SainSmart
LCD Keypad Shield ei
tarvittu. En
halunnut tähän kuin yhden painonapin, jota painamalla ladonovet
palautuvat alkuasentoonsa.
Kiinnitin
painonapin kotelon kanteen. Painonapin on syytä olla laadultaan
kunnollinen, rimpula aiheuttaa häiriöitä. Alla on kytkentäkaavio
ja kuva painonapin sijainnista. Johdot on kytketty katkasijaan
juottamalla mutta, liittimiin 5V, GND ja 7 ne kiinnittyvät vain
painamalla. Kansi on helpompi irrottaa ja kiinnittää, kun johdot
saa irti vetämällä.
Painonappi on kotelon kannessa |
Painonapin kytkentä |
Trigonometriaa, valintoja ja hieman ohjelmakoodista
Seuraavilla kuvilla
on tarkoitus valottaa ohjelman koodissa esiintyviä laskutoimituksia.
Ylin kuva esittää
laskennassa käytettävät mitat kuvan muodossa.
Toinen kuva esittää
kulmaa alfa1. Se muodostuu oikeastaan
kahdesta suorakulmaisesta kolmiosta, jotka erkaantuvat toisistaan,
kun ladonovi alkaa avautua. Kulma on rakenteellinen eikä muutu
toiminnan aikana. Laskin sen etukäteen valmiiksi, koska Arduinon
koodista en löytänyt sopivaa funktiota. Esimerkki on tehty
taulukkolaskenta- ohjelmalla. Sen voi ratkaista myös
funktiolaskimella painamalla näppäintä sin-1
. Tulos on
oltava radiaaneina.
Alimmassa
kuvassa on laskettu theta,
eli sen hetkinen avautumiskulma, johon on lisätty alfa1.
x
on laskennallinen arvo siitä,
mikä pitäisi olla akseleiden etäisyys toisistaan. Sitä verrataan
arvoon d ja jos x on suurempi, niin askelmoottori saa käskyn ottaa
puoliaskel ja arvoa d kasvatetaan puoliaskeleen tuottaman nosteen
verran. Askelmoottorin puoliaskel
on 1/400
osa
sen
yhdestä kierroksesta. Kierretangon kierteen tiheys eli nousu on
tässä esimerkissä 1,25mm, joten tuo lisäys lasketaan
nousu =
1,25mm
/ 400 =
0,003125mm.
Seurantalaitteen toiminnan kannalta tärkeitä
ovat myös sen suunnattavuus mahdollisimman tarkasti taivaannapaan ja
askelmoottorin aiheuttaman värinän minimointi.
Ontto saranatappi yhdistettynä
etsintäkaukoputkeen, jossa on valaistu hiusristikko on ollut toimiva
ratkaisu.
Kierretanko on tässä laitteessa 8mm
ruostumatonta terästä ja kierteen nousu 1,25 mm. Yritin löytää
tiheämpikierteistä tankoa, mutta en löytänyt. Tuo nousu ei ole
ollenkaan liian suuri, mutta pienemmällä nousulla saattaisi värinä
olla pienempää. Tilasin 8mm kierteettömän tangon ja väänsin
siihen itse käsipelillä 0,75mm nousuisen kierteen. Tangon aine oli
kuitenkin liian kovaa ja tuloksena oli aaltoileva kierre, joka
aiheutti tutinaa pyöriessään.
Askelmoottori kytketään kierretankoon
välipalalla. Käytin ensin vasemmanpuoleista joustavaa mallia, se
kuitenkin oli liian herkkä taipumaan ja aiheutti ongelmia.
Oikeanpuoleinen jäykkä malli toimii hyvin. Ostin sen eBaysta.
Askelmoottoria voi pyörittää joko
kokoaskelin ( 200 askellusta / kierros ) tai puoliaskelin ( 400
askellusta / kierros ), joista valitsin viimeksi mainitun.
Tuon alussa mainitun ohjeen mukaan kirjoittaja
käytti laitteen toimintaan 7,2V virtalähdettä. Askelmoottorin
nimellisjännite on kuitenkin 6,2V. Laite ei kärsi pienistä
ylijännitteistä. Olen kokeillut 9V jännitettäkin, mutta alemmalla
jännitteellä askellus on ”pehmeämpää”.
Tukeva teline tai tositukeva jalusta. Varsinkin
pitkä objektiivi vaatii erikoistoimia, olen käyttänyt tukevaa
makrokiskoa ja vielä erillistä tukea, jotta saan kameran
objektiiveineen tasapainoon.
Ladattava ohjelmakoodi
Video laitteen kalibroinnista ja tähtäyksestä taivaannapaan
Andromedan galaksi 300mm f/5,6 ISO 1600 151s |
Yöllinen lopputalven maisema 24mm f/2,0 ISO 200 121s |
Seulaset 300mm f/5,6 ISO 1600 153s |
Hieno projekti! Odotan innolla uusia kuvia.
VastaaPoistaSoiva peli
VastaaPoista