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Ultimo aggiornamento:

18 Novembre 2017

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Progetti per il controllo elettronico dei telescopi

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Il controllo elettronico del telescopio con PICgoto

Per moltissimi anni ho usato con soddisfazione il celebre programma SCOPE di Mel Bartel, avendo realizzato molte elettroniche diverse,  su telescopi grandi e piccoli, anche di tanti amici.

Purtroppo il programma richiedeva il sistema operativo DOS e la porta parallela dei vecchi PC; di conseguenza per gestire un moderno planetario, il CCD, o altro, si imponeva il collegamento seriale ad un secondo computer più recente.

Essendo quasi scomparsi i vecchi PC, lo SCOPE è diventato obsoleto.

 

Tuttavia esiste l’alternativa veramente preziosa di Ángel Caparros, scaricabile gratuitamente dal web, costituita dal server ASCOM in versione PICgoto e PICgotoPLUS (o PGT e PGT++) oltre al firmware per gli economici PIC16F628 sulla scheda elettronica, relativamente semplice da costruire.

Maggiori informazioni sono reperibili nel Web e, più in particolare, nel Newsgroup dedicato:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/info

 

Purtroppo questo newsgroup risulta un po’ disarticolato, rendendo piuttosto difficile reperire le informazioni fondamentali o le versioni aggiornate dei programmi.

Superata qualche banale difficoltà di istallazione iniziale del server, compatibile con WinXP e successivi, ho provato il PGT con eccellenti risultati su una prima scheda elettronica.

3
PICgotoPrime realizzazioni

Di conseguenza ho iniziato a sviluppare altre schede diverse: per motori a passo grandi e piccoli, con o senza gli azionamenti per focheggiatore e/o ruota porta-filtri, eventuale booster di alimentazione, ecc.

Razionalizzando questi sviluppi, sono giunto ad un progetto integrato caratterizzato dalla relativa modularità delle sezioni circuitali, combinabili tra loro per il disegno di future schede con caratteristiche desiderate, quali:

- sezione logica alternativa per il server PGT++ oppure il PGT

- generazione via software dei micro passi oppure comandi step/dir;

- sezione di potenza con driver per stepper grandi, piccoli, ecc;

- alimentazione semplice oppure con booster di tensione;

- Modulo opzionale per focuser.

Grazie all’intervento collaborativo di Angel Caparros per l’integrazione del server PGT ver.5.1 ed il suo firmware PICstepdir, ho potuto realizzare alcuni progetti di schede  compatte e versatili,  atte alla motorizzazione di telescopi anche di notevoli dimensioni.

Più in particolare, trasferendovi l’esperienza maturata nella costruzione di stampanti 3D, ho adottato per il PGT anche i diffusissimi driver step-dir POLOLU.

Per esempio, con i Pololu A4988 e poi con i più recenti DRV8825, ho motorizzato un telescopio altazimutale con ottica 500/f4, ottenendo circa x600 nella velocità di slew, ulteriormente elevabile.

Il mercato surplus offre a costi bassi una grande varietà di motori a passo di ogni dimensione. Tuttavia è importante fare una giusta scelta delle caratteristiche volute e di conseguenza realizzare la scheda elettronica più appropriata.

Stepper di formato NEMA 17 sono ideali per piccoli e medi telescopi, mentre per le più grandi montature conviene usare stepper NEMA 23.

In ogni caso è assolutamente fondamentale conoscere la resistenza degli avvolgimenti, (può variare entro grandi limiti, es. 2 ohm ~ 40 ohm) perchè da questa dipende molto la corrente assorbita, ovviamente in funzione anche della tensione di alimentazione.

Per di più, la velocità degli stepper sul telescopio GoTo deve variare entro limiti vastissimi. Il progressivo aumento della velocità provoca l’aumento dell’impedenza e quindi la riduzione della corrente, fino allo stallo del motore. Per ovviare,  alle velocità di slewing sarebbe opportuno aumentare la tensione di alimentazione, abbassandola durante il tracking, quando la corrente diventerebbe eccessiva per la più bassa impedenza, evitando l’eccessivo assorbimento di corrente ed il surriscaldamento del motore.

I miei progetti di schede qui illustrati offrono queste caratteristiche

Soluzione A) - eleva la tensione di alimentazione durante lo slewing. E’ adatta a motori bipolari con resistenza degli avvolgimenti piuttosto elevata (p. es. maggiore di 15 o 20 ohm). Con l’alimentazione a 12 volt la corrente di tracking resta limitata dalla stessa resistenza degli avvolgimenti, mentre durante lo slewing la tensione viene aumentata dal booster DC-DC regolabile. Nel contempo la stessa corrente di slewing viene comunque regolata ai valori desiderati (per es. 1,2 o 1,5 Amp) tramite l’apposito trimmer esistente sul driver Pololu .

Per esempio ho applicato questa soluzione a motori NEMA 23 per un telescopio altazimutale da 50 cm - F/4.

PicStepDir_Connections_02-10-2016

(click sull’immagine per ingrandirla)

Soluzione B)  - Con la grande diffusione dell stampanti 3D, sono reperibili in rete a bassissimo costo degli ottimi stepper NEMA 17 con resistenza degli avvolgimenti molto bassa (per. es. 2 ~ 4 ohm), particolarmente adatti per i driver Pololu A4988 o DRV8825. In questo caso, qualora alimentati dai soliti 12 volt,  l’assorbimento di corrente alle basse velocità di tracking  sarebbe eccessiva,  restando ideale alle alte velocità di slewing.

Pertanto, contrariamente al caso precedente, anziché aumentare la tensione alle alte velocità, é stato scelto di ridurre la tansione alle velocità più basse, mediante un piccolo DC-DC step-down, economicissimo in rete.

La sceda elettronica resta esattamente la stessa nei due casi. L’unica differenza consite nella sostituzione dei due transiztor NPN dei relè di commutazione che diventano PNP (per esempio il BC327 o equivalente, facendo attenzione a collergare correttamente i terminali). Ovviamente anche il convertitore DC-DC Step-Up deve essere sostituito dal piccolo convertitore DC_DC Step-Down.

(click sull’immagine per ingrandirla)

DC-DC Step Down Adjustable Power Supply Modulo Buck Converter 1_25V-36V 5A_2

Per motorizzare telescopi su montature medie o piccole è possibile realizzare la soluzione LITE, più economica usando, questo stesso PCB, piuttosto compatto, privato degli svariati componenti indicati nel progetto esecutivo che ho pubblicato qui e anche nel newsgroup del PICgoto.

Unica avvertenza riguarda il valore delle due resistenze di potenza, che potrebbe essere aumentato anche a 15 ohm nel caso di motori bipolari con resistenza di avvolgimento molto bassa per limitare assorbimenti ed eventuali surriscaldamenti dei motori con le basse velocità.

Download del file pdf con la documentazione costruttiva del PICstepdir : PICstepdir_Project_20161002

Download del software Picgoto_EqAlt_5.1.18 qui:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/files/PicGoto%20Server%20Equatorial%20%20%26%20Alt%20azimutal%20Unificado/

 

Ulteriori informazioni sul progetto esecutivo della scheda elettronica PICstepdir qui:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/files/Marcello Cucchi/

CIMG2295 (FILEminimizer)

La scheda PIC stepdir in versione integrale prevede l’abbinamento a moduli DC-DC Step-Up oppure Step-Down

 

La Soluzione A consente di azionare dai motori a passo potenti ma con avvolgimenti di resistenza abbastanza elevata, ottenendo la coppia sufficiente per azionare anche telescopi di grandi dimensioni con un go-to sufficientemente rapido.

 

Per contro, con piccoli motori e/o avvolgimenti a bassa resistenza è consigliabile la Soluzione B.

 

Inoltre è  possibile realizzare la versione LITE semplificata della scheda, evitando convertitori di tensione DC-DC nonché il montaggio di un consistente numero di componenti non più necessari. L’elenco di questi componenti  è indicato nella distinta componenti acclusa alla documentazione tecnica.

Il server PICgoto prevede anche i comandi per l’eventuale focheggiatore motorizzato.

La mia scheda PICstepdir dispone di un connettore per un driver opzionale, miniaturizzato plug-in,  che riceve i comandi pulse e dir per il driver A4988 di azionamento per lo stepper del focheggiatore.

 

Inoltre un comune gamepad connesso ad una porta USB del PC, eventualmente anche via BT, viene trasformato da PICgoto in una completa pulsantiera remota per la gestione dei principali comandi del  telescopio.

PICstepdir_DettglioFocuser FocusModule_Sotto

Ho poi cercato di standardizzare i contenitori per diverse versioni del PICgoto, realizzando una soluzione modulare, costituita  da due gusci lamiera di Alluminio piegata ad “U” e due pannelli di chiusura in plastica stampata 3D, preformati con alloggiamenti per interruttore, LED, eventuale display e connettori vari (alimentazione, motori, USB, focheggiatore, ruota porta-filtri ed eventuale BT).

Tutti questi componenti vengono premontati e cablati direttamente sui rispettivi pannelli; pertanto per l’assemblaggio finale è sufficiente inserirne i connettori nei corrispondenti connettori del PCB. Disponendo di una stampante 3D ne risulta un costo minimo e tutto può essere realizzato rapidamente

PICgotoBoxParts
PICgotoModular

Download del progetto completo per il contenitore modulare stampabile 3D, adattabile a tutte le mie versioni di PICgoto, con ventilazione forzata opzionale.

Sono inclusi anche i file in formato STL, pronti per l’invio alla stampante 3D :  PICgoto_3D_Box

PGT Boards project NOTES

For many years I have used with satisfaction the famous Mel Bartel SCOPE program, having completed many different electronic, on large and small telescopes, also for many friends.
Unfortunately, the system required the DOS operating system and the parallel port of the old PCs; consequently to manage a modern planetarium, the CCD, or other functions, it is required a serial connection to a second more recent computer.
Being almost disappeared the old PC, the SCOPE has become obsolete.

However, there is the truly valuable alternative of Ángel Caparros, free download from the web, constituted by ASCOM server versions PICgoto and PICgotoPLUS (or PGT and PGT++), in addition to the firmware for PIC16F628 on the electronic board, relatively simple to make.

More detail are available from the newsgroup:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/info

Unfortunately the PICgoto newsgroup is a bit messy, making it quite difficult to find the basic information or the updated versions of the programs..

Overcome some trivial difficulties on initial server installation, compatible with WinXP and later, I tried the PGT with excellent results on a first electronic board.
Therefore I started to develop other various cards: for large and small step motors, with or without the drives for focuser and / or wheel-port filters, any power booster, etc ..
Rationalizing these developments I have reached an integrated PCB project, characterized by some modularity of the circuit sections, combinable in order to obtain desired characteristics of the future boards, such as:

- Logical section alternatives for PGT or PGT++ server;
- Microsteps software synthesized or commands step / dir;
- Power sections drivers for large and small steppers , etc.;
- With or without a voltage booster;

- Optional focuser module plug-in.


More specifically, by transferring the experience gained in the construction of 3D printers, I adopted for the PGT also the ubiquitous driver step-dir Pololu.

Thanks to the collaborative Angel Caparros for the integration of the PGT ver.5.1 server and its firmware PICstepdir, since in case of step-dir driver the differences between PGT and PGT++ are a few, it was possible to realize a complete and very performing board, also suitable for the motorization of big telescopes.
For example, with Pololu A4988 and then with the latest DRV8825, I have a motorized altazimutal telescope with optics 500 / f4, getting about x600 in slew rate, further elevating.
Additionally, by omitting to install a good number of components on the same PCB, which is very compact, it achieves also a cheap electronic card, more suitable for medium-small telescopes, for example up EQ6 or lower mounts.

Download construction  plans of PICstepdir : PICstepdir_Project_20161002

Picgoto_EqAlt_5.1.18 software download here:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/files/PicGoto%20Server%20Equatorial%20%20%26%20Alt%20azimutal%20Unificado/

 

PICstepdir board additional instructions here:

https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/Picgotogroup/files/Marcello Cucchi/

 

The  surplus market offers a wide variety of stepping motors of all sizes. However, it is important to make a fair choice of the desired features and consequently to make the most appropriate electronic board.
NEMA 17 size steppers are ideal for small and medium telescopes, while for larger mounts it is best to use NEMA 23 stepper.
In any case, it is absolutely essential to know the resistance of the windings, (it can vary within big limits, eg 2 ohm ~ 40 ohms) because this is determinant of the current absorbed, obviously also in function of the supply voltage.
Moreover, the speed of the stepper for the a telescope must vary within wide limits, from guide to slew. The progressive increase in speed causes the big inpedence increase, and therefore the current reduction, untill the stall of the stepper. For this reason it would be advisable to increase the supply voltage to the motor at the fast slewing speeds, and lowering it during the tracking or guide, in order to avoid  energy waste and the overheating of the motor for excessive current due to the lower impedance.
 

My here posted projects have these features.

Solution A) - Raises the power supply voltage during slewing. It is suitable for bipolar motors with high winding resistance (eg greater than 15 or 20 ohms). With 12 volt power supply, the tracking current remains limited by the relatively high winding resistance, while during the slewing the voltage is increased by the adjustable DC-DC booster. At the same time, the slewing current is still adjusted to the desired values (eg 1,2 or 1,5 Amp) via the existing trimmer on the Pololu driver.
For example, I applied this solution to NEMA 23 motors for a 50 cm - F / 4 Altazimutal telescope.

Solution B) - Thanks to the large diffusion of 3D printers, NEMA 17 steppers with very low winding resistance (eg 2 ~ 4 ohms) are now available at very low cost from the web, particularly suitable for Pololu A4988 or DRV8825 drivers. In this case, if powered by the usual 12 volts, the current absorption at low tracking speeds would be excessive, but remains ideal at high slewing speeds.

Therefore, contrary to the previous case, instead of increasing the voltage at high slew speeds, it was chosen to reduce the speed at low speeds, via a small DC-DC step-down converter, which is very economical on the network.

The electronic board remains exactly the same in both the solutions. The only difference required is the replacement of the two NPN transistors driving the relays, that become PNP (eg the BC327 or equivalent, making attention to connect  the terminals properly).  Obviously, the DC-DC Step-Up converter must be replaced by a small DC-DC Step-Down converter.

The stepdir PIC in full version includes DC-DC Step-Up or Step-Down Modules

Solution A can be powered by powerful motors with rather high resistence windings, obtaining enough torque to operate even large telescopes with a sufficiently fast go.

On the other hand, Solution B is recommended for small motors and / or low resistance windings.

In addition, it is possible to make the simplified LITE version of the board, avoiding DC-DC voltage converters and omitting a large number of components that are no longer needed. The list of these components is indicated in the separate components included in the technical documentation.

Additionally, I have tried to standardize the containers, also in this case with a modular solution, consisting of two metal shells of aluminum sheet  bent into a "U" and two 3D printed plastic panels, front and rear, preformed with housings for switch, LEDs, eventual display and various connectors (power supply, USB, motors, eventual BT).
All these components are pre-assembled and directly wired into their panels; therefore the final assembly simply requires to plug them into the corresponding PCB connectors.
Having a 3D printer, it results in a minimal cost and everything can be realized quickly

Download  documents for 3D printed box, for all versions of PICgoto and optionally air cooled.

It includes all the STL files, ready for a 3D printer :  PICgoto_3D_Box

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