Arduino Powered 'Scotch Mount' Star Tracker för astrofotografi: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Jag lärde mig om Scotch Mount när jag var yngre och gjorde ett med min pappa när jag var 16. Det är ett billigt, enkelt sätt att komma igång med astrofotografi, som täcker grunderna innan du går in på de komplicerade teleskopfrågorna med främsta fokus, spårning utanför axeln, etc. När jag först gjorde detta fäste var det tillbaka på 90 -talet så jag var tvungen att använda en filmkamera och få den filmen utvecklad på den lokala kamerabutiken, det var en dyr och lång process (ta bilderna, använd hela rullen, lämna den, några dagar senare hämtar du den och ser resultatet), det är så mycket snabbare, billigare och lätt att lära av test och fel nu med digitalkameror. Du kan se några gamla skott från 1997 på det sista steget.

Designen jag använde då, och idag, kom från den här boken Star Ware:

För denna instruerbara jag också ett Github -arkiv för alla Arduino -tillgångar: kod, schematisk och dellista med webbadresser.

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

Det skotska fästet fungerar på en mycket enkel princip att vrida klockhjulet vid vissa tidpunkter, men som jag lärde mig spelar stabilitet en stor roll i hur bilderna kommer ut. Genom att vrida urhjulet på en instabil eller tunn design, särskilt vid höga zoomningar, introduceras stjärnvägar och jittering i fotot. För att övervinna detta och göra hela processen enklare och automatiserad skapade jag en enkel Arduino -baserad motordrift baserad på en likströmsmotor och några plastväxlar (jag tog ut en av mina ur en trasig leksakshelikopter).

Det finns andra instruktioner där ute för Scotch Mount eller Barndoor Tracker men för min design ville jag ha fästet litet och bärbart så att jag kan kasta det i en ryggsäck och ta det till avlägsna områden bort från ljusföroreningar från Austin TX.

Steg 1: 'Jag fick veta att det inte skulle finnas någon matematik!'

Jorden snurrar ungefär 360 ° på 24 timmar, om vi bryter ner detta är det 15 ° på en timme, eller 5 ° på 20 minuter.

Nu är 1/4-20-skruven en vanlig hårdvara, den har 20 trådar i tum, så om den vrids med 1 varv per minut tar det 20 minuter att resa den 1 tum.

Trigonometri ger oss det magiska talet för vårt klockhjulshål som är 11,42 tum (eller 29,0 cm) från vår svängpunkt i mitten av gångjärnet.

Steg 2: Material

Scotch Mount:

• Toppbräda, 3 tum för 12 tum (3/4 tum)
• Bottenbräda, 3 tum för 12 tum (3/4 tum)
• Gångjärn, En lång 3-tums gångjärn rekommenderas, se till att det är ett fast gångjärn med inte mycket "spel", jag använde två enkla gångjärn men det är mycket vickning och jag kan byta ut dem för ett mer solid gångjärn.
• Tangentskruv, 1/4-20-by-4-inch-lång rund huvudskruv
• 2 x tappmutter, 1/4-20 invändig gänga
• Skruvögon & gummiband
• Stativhuvud (skaffa ett lätt men se till att det är fast, du vill inte att ett billigt fäste tappar en dyr kamera eller att fästet lossnar och hänger under ett skott).
• Klockhjulsväxlar (jag använde 3: en liten för motor, mellanliggande som har en liten och stor, och den stora för själva klockhjulet).
• Plasthållare för motorstativet. Började med 1 "och klippte ner dem till den storlek jag behövde när jag hade rätt höjder.
• Tunn hobby -plywood - för motor- och växelfästen (jag använde ett kretskort från Radioshack, tunt, lätt och tillräckligt starkt, använd det som fungerar bäst).
• Blandade fjädrar (jag hjälpte till med kugghjulen/skruvarna och höll kugghjulen i linje). Jag fick ett par från Lowes och drog några andra ur kulspetspennor och klippte ner dem i rätt storlekar.
• Blandade brickor för att förhindra att rörliga delar slipas mot trä.
• Enkelt fäste för motorfästet.

Arduino Motor Driver (specifika delar finns i Github -listan med webbadresser där du kan få dem online):

• Arduino
• Motordrivning
• H-Bridge motorförare 1A (L293D)
• tryckknapp
• växla på/av

Steg 3: Mät och skär topp- och bottenplattorna

Mät av 12 på varje bräda, markera det, klipp och slipa kanterna.

Steg 4: Borra hål och lägg till hårdvara

Det finns ett gäng hål att borra och på grund av den exakta mätningen som krävs rekommenderar jag att du gör klockhjulet sist (så att du kan mäta 29 cm exakt utanför gångjärnet)!

Tips: Jag rekommenderar att du knackar på hålet med en stans för att styra hålet på rätt plats.

Du kommer att borra följande hål:

• Gångjärn - Skruva inte bara in dem eftersom brädan kan splittras, borra hålen på kanterna på båda brädorna, hålet beror på gångjärnskruvstorlek, mäta skruven och använd en lite mindre borr.
• Urhjulet - 29 cm från mitten av gångjärnsstiftet, det kommer att få en T -mutter, placeringen av detta hål är avgörande för att få brädan och himlen att vända i samma takt när skruven vrids vid 1 varv. T-muttern ska vara på den nedåtvända sidan av brädet (mot marken).
• Stativhuvud - centrerat på övre brädan, storlek beror på stativhuvudet, jag använde också en bricka på min för att hålla den tätt.
• Stativfäste -Centered on bottom board, 5/16-inch and this hole will get a T-nut. T-muttern ska också vara på den nedåtvända sidan av brädet (mot marken).

När du lägger till T-muttrarna rekommenderar jag att du lägger ner lite lim innan du hamrar in det och försiktigt hamrar. Jag började en delning på min bottenplatta (se bild) som jag var tvungen att reparera.

När du monterar den på ett stativ, får stativmonteringshålet och t-muttern mest spänning (vrids fram och tillbaka från kamerans vikt vid vinklar) så att T-muttern sannolikt lossnar eller kommer ut helt så gör Se till att du klistrar den ordentligt och försöker hålla vikten centrerad när du använder fästet. Ett bra stabilt fäste är avgörande för foton utan stjärnspår/jiggles.

Steg 5: Motorfäste och växlar

Limma först en standard 1/4-20-mutter på en av kugghjulen, detta kommer att vara huvuduret för klockdrivning, jag använde en generös mängd Gorilla Lim för detta (du kan se på bilden).

För det andra limma en liten växel till den andra stora växeln, det här är vår mellanväxel, jag använde en enkel huggad träspik som axeln.

Montera motorn på en konsol (jag dragkedja och sedan limmade jag när jag hade justeringen rätt).

Konfigurationen är att motorn vrider den stora växeln med en relativt snabb hastighet (1 varv / 5 sekunder eller så), den är ansluten till den lilla växeln, som färdas i samma takt. Den lilla växeln anpassar sig till den huvudsakliga klockdrivna växeln men eftersom omkretserna är olika vrider klockhjulet mycket långsammare. Vi siktar på en varvtal på 1 varv/min och motorn går lite för fort för det. Så genom att använda en av och på i Arduino -koden lyckades jag sakta ner växeln. Denna installation kallas ett växeltåg och du kan lära dig lite mer om det här (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm) Du måste experimentera med vilka värden som fungerar för på och av för att få växeln att snurra i rätt takt för din motor och växlar.

Du behöver ett bra hus för att hålla allt upprätt och snurra smidigt. Var noga med att ställa upp dina hål och använd fjädrar och brickor för att hålla kugghjulen på släta ytor och inte slipa mot någon bräda. Detta tog nog mig mest tid av projektet.

Steg 6: Motorkretsar

Kretsen är ganska enkel, med majoriteten av anslutningarna som går till H-Bridge Motor Driver, använd den bifogade bilden eller en Fritzing-projektfil ingår också i Github-paketet.

En tryckknapp lades till för att vända riktningen (eller så kan du "spola tillbaka" klockan för hand också).

På/av -omkopplaren gjorde det bara enklare att slå på och stänga av enheten när den inte används/utvecklas, du kan också dra strömmen till Arduino också.

Motorriktningen beror på hur den var kopplad, om du snurrar fel riktning är det bara att vända polariteten.

Steg 7: Slutresultat, tips och tricks

Och använd! Rikta in stativet, se nordstjärnan längs gångjärnet, med gångjärnet på vänster sida av inställningen (annars spårar du i motsatt riktning).

Försök att hålla hela inställningen balanserad och stabil. Rör inte den under skott, eller dra i kablarna (använd en fjärrkontroll för din kamera), och försök använda tekniker som Mirror Lockup (om din kamera stöder det) för att få tydliga skakfria bilder. Det finns gott om självstudier om astrofotografi och du lär dig snabbt av erfarenhet.

Bilderna visar två skott jag gjorde med hela upplägget, det här var i de ljusförorenade förorterna till Austin TX inte den klaraste natten men de kom bra ut. Orion var cirka 2,5 minuter lång och det större himmelskottet var 5 minuter (men var för långt på grund av mängden ljusföroreningar och måste skala tillbaka i Lightroom). Det finns också 3 bilder av kometen Hale-Bopp från 1997, detta var med ett handvridet fäste samt en traditionell filmkamera. Du kan se vad vibrationer eller felaktig inriktning kan göra med bilden.

Slutliga tips och tankar:

• Kameror och glas i linser är Tunga, jag var tvungen att använda fjädrar för att försöka ta av vikten från klockväxeln och för att hjälpa växlarna. Motorn jag använde hade inte galet mycket vridmoment/effekt så om det var för mycket vikt eller växlarna spolade på brädorna hade det svårt att vrida växeln eller skulle raka upp låst. En starkare motor hjälper, men det här är precis vad jag hade tillgängligt.
• Polarjustering är nyckeln. Inställningen kommer att spåra fel om den inte är rätt justerad. Du behöver ett robust stativ balanserat och centrerat (ett med bubblanivå hjälper)!
• Det finns ett inneboende fel i tangentfästet som visas vid längre exponeringar, du kan använda en korrigerande kamera för att justera för det, här: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Jag är inte orolig för det eftersom jag använder ett mycket vidvinkelobjektiv (20 mm jämfört med 50 mm) och längder på cirka 5 minuter toppar.
• Astrofotografi är i sig hård och frustrerande. Gå inte ut och förvänta dig fantastiska foton första gången, det finns en inlärningskurva, säkert dyrare och exakt utrustning kan hjälpa, men inte om du inte vet eller uppskattar hur de fungerar. Men börja i det lilla, behärska grunderna, då vet du hur du använder den dyra utrustningen och kommer att kunna använda den bra. Du kan fortfarande få bra bilder med enkla inställningar. De gamla skotten från 1997 var "de bästa" av cirka 100 skott, så det var en inlärningsprocess. Med Digital kan du ta foto efter foto och lära av dina misstag och segrar för att förfina din skicklighet.

Tack för att du läste, om du vill se fler foton och videor av mina projekt än att kolla in min Instagram- och YouTube -kanal