我非常熱愛天文學(xué)和天文攝影。我確信，和我一樣，所有業(yè)余天文學(xué)家都希望擁有一個(gè)價(jià)格實(shí)惠的個(gè)人天文臺，以便拍攝壯麗的宇宙景象。

天文攝影，尤其是深空攝影，對跟蹤精度（以抵消地球自轉(zhuǎn)）和調(diào)焦精度要求極高。一臺像樣的赤道儀加上導(dǎo)星器可以解決跟蹤問題，而電動調(diào)焦器則能實(shí)現(xiàn)高精度的調(diào)焦。然而，這些設(shè)備都相當(dāng)昂貴！對于好的赤道儀和導(dǎo)星器，確實(shí)沒有可靠的替代品，但電動調(diào)焦器相對容易以極低的成本自制。

此外，能夠遠(yuǎn)程控制赤道儀也會非常方便。我來自中國，目前在美國上大學(xué)。如果我的高中天文學(xué)老師能夠遠(yuǎn)程訪問我的望遠(yuǎn)鏡，并向她的學(xué)生展示行星或星團(tuán)的實(shí)時(shí)圖像，那就太好了。雖然有一些遠(yuǎn)程控制望遠(yuǎn)鏡的解決方案，但我并不滿意。

因此，我啟動了這個(gè)概念驗(yàn)證項(xiàng)目，允許用戶通過網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制赤道儀、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦以及相機(jī)。

簡介：

你可以觀看上面的演示視頻，了解項(xiàng)目的工作原理。該項(xiàng)目由四個(gè)部分組成：

電動調(diào)焦控制

微控制器通過SynScan串行通信協(xié)議與赤道儀通信

微控制器通過自定義的串行JSON字符串協(xié)議與其他設(shè)備通信

一個(gè)網(wǎng)頁作為控制赤道儀、調(diào)焦器和相機(jī)的界面

在本教程中，我將引導(dǎo)你完成制作調(diào)焦器的過程，并運(yùn)行我的代碼來控制望遠(yuǎn)鏡。

第一步：所需材料

我根據(jù)自己擁有的設(shè)備制作了這個(gè)項(xiàng)目。如果你擁有與我相同的設(shè)備，可以按照我的確切步驟操作；但如果沒有，你可能需要調(diào)整一些東西或編寫自己的代碼來使其工作。

工具：

一套內(nèi)六角扳手

卡尺

手鉆

訪問3D打印機(jī)的權(quán)限

一款CAD軟件（我使用了Fusion 360學(xué)生版）

你可能已經(jīng)擁有的天文設(shè)備：

一臺帶有不錯(cuò)手動調(diào)焦器的望遠(yuǎn)鏡（我使用的是Sharpstar CF90-II）

一臺帶有SynScan v3或v4的信達(dá)赤道儀（我使用的是EQ6-pro，帶SynScan v4）

一臺佳能單反相機(jī)（我使用的是6D，尼康相機(jī)不適用，因?yàn)間photo2無法控制尼康相機(jī)的B門模式）

部件：

樹莓派（用于遠(yuǎn)程單反相機(jī)控制，我使用的是rpi2）

樹莓派的WiFi加密狗（除非你使用的是rpi3）

Teensy3.2（用于與赤道儀和其他設(shè)備通信）

長質(zhì)量好的USB micro線纜*2（用于為rpi和Teensy供電）

長質(zhì)量好的USB mini線纜（用于你的單反相機(jī)）

RJ-11插座和線纜（連接Teensy與SynScan）

Max232芯片（將SynScan的RS-232電平轉(zhuǎn)換為Teensy的TTL電平）

10 uf電容*4（與Max232芯片配合使用）

1602a LCD屏幕

28YBJ-48步進(jìn)電機(jī)

ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板

MXL 45齒同步帶輪（替換調(diào)焦旋鈕）

MXL 15齒同步帶輪（連接到步進(jìn)電機(jī)）

同步帶

按鈕*3（控制調(diào)焦器）

電位器*3（改變步進(jìn)電機(jī)速度并調(diào)整LCD的亮度/對比度）

#6螺絲和螺母（安裝3D打印的調(diào)焦器）

面包板*2

大量跳線

5V2A電源（用于rpi）和12V 2A電源（用于赤道儀）

注意：

如果你沒有單反相機(jī)，可以跳過與之相關(guān)的部件，只制作赤道儀控制器。

Max232電容的值并不那么重要，我看到過幾個(gè)使用不同值的電路圖。只要不是太小，就沒問題。如果你有開發(fā)板，那就更好了。

購買同步帶輪時(shí)，請確保內(nèi)徑與你的調(diào)焦器和步進(jìn)電機(jī)匹配。

不要購買長開口的同步帶并嘗試將其粘成環(huán)形。我試過這樣做，但什么都不管用。我是從McMaster-Carr購買的。

一條質(zhì)量好的USB線纜可以節(jié)省你數(shù)小時(shí)的調(diào)試時(shí)間。

我使用了Teensy3.2微控制器。它與Arduino兼容，但功能更強(qiáng)大。我的一些代碼是Teensy特有的（例如IntervalTimer）。如果你想在Arduino上使用這段代碼，需要進(jìn)行一些修改。

第二步：設(shè)計(jì)電子調(diào)焦器

總體思路是制作一個(gè)設(shè)備，讓電機(jī)代替手動旋轉(zhuǎn)調(diào)焦旋鈕。我選擇使用步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗浅＞_，而且我的測試表明，通過同步帶機(jī)構(gòu)增加扭矩后，它足夠強(qiáng)大，可以在使用單反相機(jī)時(shí)調(diào)整焦距。我使用同步帶機(jī)構(gòu)是因?yàn)樗梢酝ㄟ^改變皮帶的張力輕松地在手動調(diào)焦控制和電動調(diào)焦控制之間切換。在我的設(shè)計(jì)中，電子調(diào)焦器的主體由三部分組成。一部分連接到望遠(yuǎn)鏡的調(diào)焦器（內(nèi)部），一部分作為間隔件（中部），還有一部分用于固定步進(jìn)電機(jī)（外部）。這三部分通過嵌入在外部部件中的四根長#6螺絲和螺母連接在一起。此外，還有另一個(gè)部件用于調(diào)整皮帶的張力。這種分離使得3D打印更加容易，而且對于不同的望遠(yuǎn)鏡，你只需要設(shè)計(jì)一個(gè)不同的內(nèi)部部件。

我設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)支架是基于我的望遠(yuǎn)鏡的。你的望遠(yuǎn)鏡參數(shù)可能略有不同。因此，如果你能對整個(gè)部件進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)并在打印前驗(yàn)證其工作原理，那就更好了。

附件：

第三步：打印并組裝電子調(diào)焦器

完成設(shè)計(jì)后，你可以3D打印部件并將其安裝在望遠(yuǎn)鏡上。安裝過程很簡單。只需按照圖片和CAD設(shè)計(jì)（嘗試爆炸視圖）進(jìn)行操作即可。第一張圖片顯示的是皮帶緊繃時(shí)的情況，第二張圖片顯示的是皮帶松動時(shí)的情況。

以下是一些可能對你有幫助的提示：

在大多數(shù)情況下，你可以使用內(nèi)六角扳手取下調(diào)焦器上的手動旋鈕。安裝大型同步帶輪時(shí)，請確保螺絲擰入軸上的小凸片中。

在實(shí)際鉆孔前，總是先預(yù)鉆定位孔。

你可以用橡皮筋包裹張力調(diào)整部件，使其自動縮回。

對于連接步進(jìn)電機(jī)和外部部件，你可以預(yù)鉆一個(gè)比螺絲稍小的孔，并將螺絲擰入以實(shí)現(xiàn)緊密連接。

第四步：驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)連接到驅(qū)動板，驅(qū)動板再連接到Teensy微控制器。如果你對步進(jìn)電機(jī)不熟悉，可以參考這個(gè)維基百科頁面和這個(gè)鏈接。

我實(shí)現(xiàn)了兩種驅(qū)動模式：兩相全步進(jìn)和半步進(jìn)。兩相全步進(jìn)提供更大的扭矩但精度較低，而半步進(jìn)提供兩倍的精度但扭矩較小。以下數(shù)組包含四個(gè)步進(jìn)電機(jī)引腳的狀態(tài)。

conststaticbooleancycle[8][4] = {{true,false,false,false}, {true,true,false,false}, {false,true,false,false}, {false,true,true,false}, {false,false,true,false}, {false,false,true,true}, {false,false,false,true}, {true,false,false,true}};

在半步進(jìn)模式下，四個(gè)引腳的狀態(tài)會循環(huán)遍歷數(shù)組中的所有八個(gè)組合；而在兩相全步進(jìn)模式下，四個(gè)引腳會循環(huán)遍歷數(shù)組中索引為1、3、5、7的組合。兩個(gè)按鍵通過循環(huán)遍歷數(shù)組的不同方向來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。

在使用特定驅(qū)動模式時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的速度取決于引腳狀態(tài)變化之間的間隔。步進(jìn)電機(jī)需要非常精確的定時(shí)來驅(qū)動，因此我使用了定時(shí)器中斷來驅(qū)動電機(jī)。中斷以固定間隔觸發(fā)。每次中斷觸發(fā)時(shí)，代碼都會將步進(jìn)電機(jī)引腳設(shè)置為數(shù)組中的下一個(gè)組合。使用電位器可以改變中斷的間隔，從而改變步進(jìn)電機(jī)的速度。

請參考第五步進(jìn)行接線，參考第六步查看代碼。

旁注：使用樹莓派來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)是個(gè)壞主意。在短步進(jìn)間隔下，電機(jī)可能會表現(xiàn)異常，因?yàn)闃漭蛇\(yùn)行的是操作系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)硬實(shí)時(shí)控制。

第五步：連接電路

根據(jù)上面的電路圖連接電路板。對于電機(jī)控制模式線和顯示設(shè)置線，你可以添加開關(guān)以方便使用。對于開關(guān)和電位器，如果你想要的話，還可以添加額外的電容來平滑輸入信號。

為了使整個(gè)系統(tǒng)正常工作，你還需要將Teensy和單反相機(jī)連接到樹莓派上，將SynScan手動控制器與RJ11插座連接，并使用2A電源為樹莓派供電。

附件

第六步：Teensy代碼

要編譯此代碼，你需要安裝aJSON庫。只需從這里下載zip文件：

https://github.com/interactive-matter/aJson

在Arduino IDE中，選擇“草圖”->“包含庫”->“添加.ZIP庫”來添加庫。然后，轉(zhuǎn)到~/Arduino/libraries/aJson-master，并用我附帶的版本替換aJSON.cpp文件（見下文）。這解決了這個(gè)問題。

https://github.com/interactive-matter/aJson/pull/79

此代碼控制步進(jìn)電機(jī)，使用SynScan串行協(xié)議與SynScan手動控制器通信，并使用串行JSON字符串協(xié)議與其他設(shè)備通信。它有一個(gè)循環(huán)緩沖區(qū)，用于排隊(duì)外部請求，并在固定時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行緩沖區(qū)中的命令。雖然在這里我將Teensy連接到樹莓派上，但你可以輕松修改我的代碼，使其與WiFi模塊或藍(lán)牙模塊通信，如果你不需要相機(jī)控制部分的話。

我實(shí)現(xiàn)的串行JSON字符串協(xié)議非常有趣。

https://www.json.org/json-en.html

該設(shè)備具有一個(gè)內(nèi)部的類似JSON的樹形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為不同的屬性提供了getter和setter方法。下面是一個(gè)示例：

{focuser : {mode :0,interval :3000},telescope : {EQ_Coord : {RA :50.5,DEC :85.6},tracking :2,in_goto :0,slew :"AU2"}}

這個(gè)JSON樹形結(jié)構(gòu)的任何子集都是一個(gè)有效的命令，其中空對象表示獲取，非空值表示設(shè)置。例如，命令{telescope:{EQ_Coord:{}}}表示獲取赤道儀當(dāng)前的赤道坐標(biāo)。Teensy將回復(fù)填充了子樹信息的響應(yīng)，例如：{telescope:{EQ_Coord:{RA: 50.5, DEC: 85.5}}}。要轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置，你可以簡單地發(fā)送{telescope:{EQ_Coord:{RA: 70.2, DEC: 40.8}}}，Teensy會將其解釋為轉(zhuǎn)到該坐標(biāo)。解析器是遞歸的，因此你可以發(fā)送{telescope:{}}來獲取關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的所有狀態(tài)信息，或者在一個(gè)命令中執(zhí)行多個(gè)獲取/設(shè)置操作。代碼還會驗(yàn)證你設(shè)置命令中的輸入值，并在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)提示API錯(cuò)誤。

除了這個(gè)項(xiàng)目外，如果你想要實(shí)現(xiàn)類似的功能，一定要看看我的代碼。

第七步：樹莓派代碼

首先準(zhǔn)備你的樹莓派。配置樹莓派連接到WiFi網(wǎng)絡(luò)或?qū)⑵渑渲脼檐浗尤朦c(diǎn)。

https://elinux.org/RPI-Wireless-Hotspot

此外，如果你已經(jīng)在樹莓派上配置了VNC，那么遠(yuǎn)程登錄將會非常方便。請按照這個(gè)教程操作：

https://www.raspberrypi.com/documentation/computers/remote-access.html

在樹莓派上運(yùn)行的代碼執(zhí)行以下操作：

通過USB串行和JSON字符串協(xié)議與Teensy通信，以控制赤道儀和調(diào)焦器

使用gphoto2與單反相機(jī)通信

托管一個(gè)網(wǎng)頁，該網(wǎng)頁顯示實(shí)時(shí)星空圖，并提供控制赤道儀、調(diào)焦器和相機(jī)的界面

涉及的技術(shù)包括：

所有服務(wù)器端腳本均使用Node.js編寫

網(wǎng)頁使用Angular.JS和D3編寫

使用node-static提供靜態(tài)網(wǎng)頁服務(wù)

使用socket.io進(jìn)行客戶端-服務(wù)器通信

使用node-serialport訪問串行端口

星空圖靈感來源于VirtualSky

使用的星表數(shù)據(jù)來自HYG數(shù)據(jù)庫

我使用網(wǎng)頁作為界面，因?yàn)樗梢栽谒?a target="_blank">智能設(shè)備上工作。理論上，任何支持HTML5的瀏覽器都應(yīng)該能夠訪問該頁面并控制所有功能。

設(shè)置樹莓派：

install gphoto2:

wget https://raw.githubusercontent.com/gonzalo/gphoto2... &&chmod+x gphoto2-updater.sh && sudo ./gphoto2-updater.sh

install nodejs:

curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_6.x | sudo -E bash -sudo apt-getinstall -y nodejs

安裝我的代碼

cd~mkdirProjectscdProjectsgitclone https://github.com/yhzhao343/wifi_TeleCtrl.gitcd./wifi_TeleCtrl/mount_ctrlnpm installcdpublicmkdirimage

運(yùn)行代碼:

node ~/Projects/wifi_TeleCtrl/mount_ctrl/simple-server.js

你還可以配置樹莓派在啟動時(shí)自動運(yùn)行它。

服務(wù)器運(yùn)行后，你可以打開瀏覽器，并使用端口8080訪問樹莓派的本地IP地址。例如，在我的情況下，樹莓派的本地IP地址是192.168.0.15。我可以通過在瀏覽器中輸入192.168.0.15:8080來訪問該頁面。你可以登錄到路由器或?qū)⑹髽?biāo)懸停在樹莓派的網(wǎng)絡(luò)圖標(biāo)上來獲取其本地IP地址。

第八步：開始使用

警告：目前代碼尚未準(zhǔn)備好投入生產(chǎn)，并且所有互聯(lián)網(wǎng)連接均未加密。如果你計(jì)劃在公共WiFi上使用它，請謹(jǐn)慎操作。

第九步：未來工作

該項(xiàng)目仍處于概念驗(yàn)證階段，還有許多可以改進(jìn)的地方。

以下是我未來希望開展的工作列表：

改進(jìn)網(wǎng)頁的用戶界面（背景和紅色）

在網(wǎng)頁中提供更方便的gphoto2相機(jī)控制選項(xiàng)

使用WebGL重寫星空圖

在網(wǎng)頁中添加QHY5視頻流

在網(wǎng)頁中集成導(dǎo)航器

基于圖像分析的自動對焦

登錄系統(tǒng)和加密連接

感謝閱讀！希望這對你有所幫助。

原文地址：

https://www.instructables.com/Wifi-controlled-TelescopeDSLR-With-Motorized-Focus/