Ich besitze selbst zur Ansteuerung meiner Zeiss Montierung eine Boxdoerfer MTS3-SDI steuerung. Diese hat auch bisher tadellos Ihren Dienst verrichtet. Dennoch kommt irgendwann der Drang nach etwas Besserem mit mehr Features und Funktionen in einem modernen Design. Da leider im moment kein Anbieter am Markt eine derartige Steuerung liefern kann bleibt einem in diesem Falle nur der Selbstbau.
Also habe ich mich umgeschaut, was man schon fertig an Modulen auf dem Markt kaufen kann. Für die Zentrale Prozessoreinheit habe ich mich für eine Platine von Display3000 entschieden. Diese besteht aus einem Microcontroller, Display und Tastendfeld. Alle Ports sind nach außen geführt und können über Steckerleisten abgegriffen werden. Damit kann das Modul auf eine andere Leiterplatte, die dann die Zusatzelektronik wie Sensoren und Motoransteuerung enthält, gesteckt werden.
Nun zu den Features, die ich umsetzen möchte:
- volle Implementierung des Stepperfocusers 2.0 in die neue Steuerung. Der Controller ist so leistungsfähig, daß er diese Arbeit nebenbei mit erledigen kann
- Implementierung einer universellen Timersteuerung für DSLR- Kameras
- Microcontroller ATMEGA2560 mit 256kb Flash-ROM (reicht auch für umfangreiche Programme)
-Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor zur Berechnung und Warnung bei erreichen des Taupunktes, sowie zur Kompensation der Temperaturdrift beim Fokus.
- Motorsteuerung über moderne Controller von Trinamic TMC-428
- 3x Motortreiber TMC-249 für RA, DE und Dome. Diese werden alle vom TMC-428 angesteuert und können einen Phasenstrom von 4.0A bei 34V liefern
- 1x Motortreiber TMC223
für Focuser/Field-Rotator
- Encoderinterface zum Anschluss von 4 Encodern für jede Schrittmotorstufe
- Die Ansteuerung über die Trinamic Bausteine bietet einige Vorteile. Die komplette Schrittmotorsteuerung übernehmen diese Controller und der Hauptprozessor kann für wichtigere Aufgaben genutzt werden (Koordinatenberechnung, Sensorauslesung). Rampensteuerung usw. gehört genauso zum Funktionsumfang wie Motorüberlastungsschutz, Temperaturcontrolle, Microstepping, Motorstromregelung ...
- Integration eines GPS-Empfängermoduls (über PS2-Buchse an Handsteuerbox) zur genauen Positions-und Zeitbestimmung.
- MMC/SD Speicherkarteninterface zum Ablegen externer Daten wie Sternkatalogen, Beobachtungsplänen, Kometenbahndaten, Satellitendaten und damit deren genaue Nachführung, Sternkarten und weitere speicherintensive Funktionen. Da gibt es noch Potential und mir fehlen noch Ideen.
- Dazu natürlich die bekannten Funktionen, die eine Steuerung sowieso können muss wie LX200, Pulseguiding, Goto......usw
- Kalibrierung anhand von 2 und 3 Sternen
=> hierfür Auswahl von Sternen, die von der Steuerung vorgeschlagen werden in Abhängigkeit von Datum und Uhrzeit
- Scheiner-Hilfe (drei Sterne eingestellt, dann Berechnung des Aufstellungsfehlers, Umschalten auf "Gescheinert", letzten Stern mit Alt/Azimut-Schrauben einstellen
- Frei programmierbare Getriebeparameter und Motorparameter (Zähnezahl, Untersetzung,Phasenstrom....)
- standardmäßige USB-Ansteuerung. RS232 ist out!
- Programmierbar über einfaches Softwareinterface vom PC aus. Eventuell auch Speicherung der Parameter auf der SD-Karte in einer Config-Datei , die dann mit einem Editor am PC geändert werden kann.
-mehrere Standorte und Montierungen speicherbar
-Anschluss einer GPS-Maus zur genauen Positionsbestimmung
-Akustische und optische Warnsignale (Motor-Stall-Detection, Taupunktunterschreitung...)
-Uhr mit Batteriepuffer damit man die Uhrzeit hat falls keine GPS-Maus angeschlossen ist.
-evtl. geheiztes Display (ich muss aber noch austesten ob das verwendete Display unter 0°C träge wird).
-ASCOM-Treiber zur steuerung der Funktionen vom Laptop aus (Steuerung,Focuser,Dome)
-2-Teiliges Design analog zur FS2 bestehend aus Basisgerät für die Leistungselektronik und Handbox mit numerischer Tastatur
-Multitasking Firmware
Wenn meine vorläufige Kalkulation stimmt, dann sollte sich das für weniger als 500.-Euro realisieren lassen.
Da das Projekt noch recht jung und es existiert noch kein prototyp, deshalb möchte ich bitten, davon Abstand zu nehmen mir Mails zu schicken in denen schon nach Platinen gefragt wird. :-)
Nun habe ich mich mal einige Tage hin gesetzt und angefangen etwas für ein Displaymodul von Display3000.de zu programmieren. Zunächst braucht eine Steuerung ja ein Menü. Dieses sollte alle möglichen Einstellungsmöglichkeiten bieten über die Cursor Tasten bedienbar sein. Also wurden erste Versuche unternommen, die meiner Meinung nach schon recht ordentlich ausschauen.
Ich habe mir ein paar Routinen geschrieben, die das Menü aus einer Stringliste aufbauen. Dadurch ist es jederzeit ohne großen Aufwand erweiterbar. Auch habe ich mich mal am Auslesen der Daten einer handelsüblichen GPS-Maus, die über einen Mini-DIN-Anschluss (PS/2) an die Steuerung angeschlossen werden kann. Auch das klappt schon ganz gut. Seine Position kann mein neues Spielzeug schon bestimmen.
Die Werte für die Temperatur und den Fokus sind auf dem Screenshot noch fiktiv. Das wird später mit Leben gefüllt. In dem großen leeren Feld weiter unten kommen dann die aktuellen Koordinaten usw. in etwas größerer Schriftart rein. Als Nächstes werde ich mich an die Anbindung des Temperatur-Luftfeuchtigkeitssensor machen. Die Steuerung soll ja mal später den Taupunkt ausrechnen und den Anwender warnen, wenn dieser unterschritten wird.
Ich habe mich nun auch dazu entschieden, ähnlich wie es bei der FS-2 Steuerung gemacht wird, das Leistungsteil vom Bedienteil zu trennen. Das hat mehrere Vorteile. Einerseits kann das Bedienteil kleiner und handlicher gehalten werden. Zweitens kannman so verschiedene Leistungsteile für Unterschiedlich große Geldbeutel anschließen. Wer eine Kleine Montierung hat kann sich für eine kleinere Variante entscheiden. Wer eine Große Montierung hat, wie zum beispiel viele Sternwarten, der kann dann auch Schrittmotoren jenseits der 2A Phasenstrom betreiben. Mit den geplanten Treibern sind Phasenströme von 6A bei 34V geplant. Damit kann man dann auch größere Teleskope ordentlich schnell bewegen.
Die gesamte Teleskopsteuerung wird aus zwei getrennten Einheiten bestehen, einer kleinen leichten Handsteuerbox, die das Display sowie diverse andere Baugruppen enthält, sowie dem Leistungsteil in dem die Stromversorgung sowei die eigentlichen Schrittmotortreibe runtergebracht sind. Dieser Aufbau dürfte vielen von Michael Kochs FS-2 Steuerung bekannt sein.
Die Handsteuerbox besteht aus einer Platine mit den Ausmaßen 115 x 65mm und ist in einem Plastikgehäuse untergebracht, welches mit einer Klarscheibe abgedeckt ist, sodaß das Display gut eingesehen werden kann. Auf dieser Platine sind diverse Baugruppen untergebracht.
Das Display wird einfach auf diese Platine aufgesteckt. Dazu sind 3 Buchsenleisten P1,P4,P3 vorgesehen. Das Display benötigt keine Tastatur! Display3000 hat leider die integrierte Tastatur auf den Port D gelegt, den ich allerdings für den I²C-Bus benötige. Aus diesem Grunde musste ich die Tastatur auf einen andern Port umlegen und eine extra Tastaturplatine , die auf die Buchsenleiste P5 aufgesteckt wird, erstellen. Bei diese liegen die Tasten auch deutlich weiter auseinander als bei der originalen Tastatur, wodurch diese deutlich besser zu bedienen ist.
Das Displaymodul enthält zwar die Möglichkeit über einen Quarz einen internenTimer des prozessors als Uhr zu verwenden. Allerdings ist dieser nicht getrennt pufferbar. Aus diesem Grunde wurde ein externes Uhrenodul (Dallas DS1307) implementiert. Dieses wird über den I²C Bus an das Displaymodul gekoppelt. Das Uhrenmodul ist mittels eines 1F Goldcap-Kondensator gepuffert. Damit läuft die Uhr dann auch weiter, wenn die Steuerung ausgeschaltet ist.
Das Handsteuergerät verfügt seitlich über einen MiniDin-Anschluss, an welchen ein handelsüblicher GPS-Empfänger (GPS-Maus) angeschlossen werden kann. Diese bekommt man günstig bei ebay. Damit ist eine genaue Positionsbestimmung und Einstellung der internen Uhr möglich.
Ebenfalls integriert ist ein MMC-Interface. Hier kann eine von Digitalkameras bekannte MMC-SD-Speicherkarte eingeschoben werden. Auf dieser sollen dann Sternkataloge, Bilder und Beobachtungspläne gespeichert werden. Die für die MMC nötige Versorgungsspannung von 3,3V wird ebenfalls auf der PLatine mittels eines L4931 Spannnungswandlers ewrzeugt. Die Datenein- und ausgänge der MMC werden über 2 Levelshifter 74LS08 und 74LS125 an die 5V Pegel des Prozessors angepasst.
Zum Speichern der PEC und anderer Daten (Daten verschiedener Montierungen, usw.) befindet sich auch ein serielles EEPROM vom Typ 24C512 auf der Platine.
Ein MAX706CSA- Microcontroller-Supervisor IC überwacht die Verorgungspannung. Diese wird direkt von der Batterieversorgung noch vor dem 5V Spannungsregler entnommen. Die 5V-Spannung ist über entsprechend große Kondensatoren ausreichend gepuffert. Bricht die Versorgungsspannung zusammen, so löst der MAX706 einen Interrupt am Prozessor aus, wodurch dieser sofort die PEC und andere Daten im EEPROM sichert, damit diese nicht verloren gehen. Auch die Reset-Taste wird über diesen Chip geschaltet.
Zur Überwachung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit befindet sich auf der Platine ein Sensirion SHT11X Sensor. Dieser ist auf der Unterseite platziert, wodurch er durch ein Kleines Loch auf der Rückseite des gehäuses messen kann. Aus Temperatur und Luftfeuchte berechnet die Steuerung den Taupunkt und warnt den Betreiber bevor dieser erreicht wird. Somit kann er einem Beschlagen der Optik eingegen wirken.
Zum Programmieren ist ein ISP-Stecker vorgesehen.
Die Handsteuerbox wird über ein 15poliges Sub-D Kabel (VGA) an das Leistungsmodul angesteckt.
So inzwischen bin ich schon mit dem Projekt etwas weiter. NAchdem ich lange überlegt habe, mit welcher Software ich die Firmware entwickle, ist meine Entschidung mich von BASCOM AVR, welches ich noch beim Stepperfocuser verwendete, zu verabschieden, geafllen. Zunächst hatte ich mit C geliebäugelt, aber letztendlich konnte mich wegen der besseren programmierbarkeit, des stabilerten Codes und der besseren Wartbarkeit der Programme nur Pascal überzeugen. Also wurde der schon bestehende Testcode kurzerhand nach Pascal konvertiert und weiterentwickelt.
Die Hardware habe ich erst mal auf eine Lochrasterplatine verfrachtet um die eintzelnen Komponenten auf Ihr Zusammenspiel zu testen. Auf dem Folgenden bild kann man die Hauptptozessorplatine mit dem Display erkennen. Rechts oben befindet sich der SHT11 Temperatur- und Luftfeuchtesensor. Dieser und auch die Berechnung des Taupunktes funktionieren schon sehr gut. Rechts untern ist der ANdhcluss für die GPS-Maus. Auch diese Funtkionen sind schon in der Firmware implementiert. Die kleine Platine daneben ist das USB-Interface zur Programmierung und Kommunikation. Das kommt dann später mit auf die Platine.
In der Firmware habe ich neben den Routinen für diverse Zusatzkomponenten und Sensoren inzwschen auch fast alles was ich zur Berechnung von Ephemeridenibenötige implementiert. Hierzu gehört Koordinatentransformationen, Positionsberechnungen für Sonne und Mond (Planeten und Kometen kommen nocht, weil etwas komplizierter), Auf- und Untergangszeiten. Ebenfalls Testweise eingebaut wurde ein Objektkatalog. Dieser beinhaltet erst mal nur die Messier Objekte und liegt momentan nch im internen Speicher des ATMEGA. Später sollen alle Objektkataloge dann auf der SD-karte abgelegt werden, da dort wesentlich mehr Platz ist.
Hier mal ein paar Impressionen der aktuellen Firmware. Diese ist allerdings noch sehr im Anfangsstadium. Ich probiere halt noch viele Sachen aus..
Ich bin inzwischen nebenbei bei der Entwicklung des Basisgerätes angekommen und habe mir Gedanken gemacht, wie man das am besten umsetzen kann. Es soll alle Anschlüsse, Stromversorgung, USB, Motoren, Encoder, Autoguider usw. enthalten und in einem extra Gehäuse untergebracht werden (Analog zur FS2). Ich hatte eigentlich vor, je eine Hochleistungs-Schrittmotorstufe mit dem TMC249 für Rektaszension und Deklination sowie eine dritte Stufe mit weniger Leistung für den Focuser/Feldrotator zu implementieren. Diese 3 Stufen können mit einem TMC428 angesteuert werden, der die Befehle vom Microcontroller übernimmt und sie für die Treiber ICs umsetzt. Der TMC428 selbst wird über eine SPI Schnittstelle vom Microcontroller aus angesprochen. Nunmehr habe ich mir überlegt, daß es vielleicht besser wäre, den 3. Motor auch mit einem TMC249 und damit mit bis zu 4A Phasenstrom und 34V Spannung auszulegen. Dieser könnte dann zum Ansteuern einer drehbaren Kuppel verwendet werden. Da ich eh die Objektkoordinaten in Alt/Az mit berechne macht das Sinn die Kuppel gleich mit dem zu beobachtenden Objekt mit zu drehen. Für den Focuser/Feldrotator werde ich dann zusätzlich einen TMC223 in die Schaltung nehmen. Dieser kann über I²C-Bus angesprochen werden. An der 15-Poligen Buchse zum Handcontroller sind eh noch 2 Leitungen frei, die für den I²C-Bus belegt werden können. Somit wird die komplette Steuerung 4 Schrittmotortreiber haben von denen drei als Hochleistungsstufen ausgelegt sind. Alle Endstufen werden über sensorlose Blockierungserkennung (stall-detection) verfügen. Damit sind dann auch beim Fokussierer Endlagenschalter überflüssig. Leider kann dann kein billiges VGA-Kabel mehr verwendet werden, da bei diesem Pin 13 nicht beschaltet ist. Man sollte aber eh für das Handgerät sich ein ArcticFlex-Kabel mit entsprechenden Steckern selber bauen. Sonst wird es im Winter unhandlich wenn es steif wird.
Die Entwicklung der Basisbox schreitet voran. Dabei ergaben sich ein paar gravierende Konstruktionsänderungen. Das Displaymodul von Display3000 werde ich nun nicht mehr verwenden. Ausschlaggebend hierfür ist die Tatsache, daß das Displaymodul Handydisplays von Siemens verwendet, die nicht mehr gefertigt werden. Es kann also nicht garantiert werden, dass diese auch in 2 oder 3 Jahren noch lieferbar sind. Zudem ist über die Funktionsweise des Displays wenig bekannt und die Ansteuerroutinen sind durch reverse Engineering entstanden. Dadurch können nicht alle Fähigkeiten des Displays ausgenutzt werden. Außerdem ist die Performance nicht sonderlich hoch.
Ich habe mich inzwischen für ein absolut neues Display von 4DSystems mit einer Auflösung von 240x320Pixeln bei 2,8" Diagonale entschieden LINK. Dieses bietet den Vorteil, daß es einen eigenen Grafikkontroller besitzt, der seriell angesteuert wird und viele Funktionen, die im alten Modul der Hauptprozessor erledigte, selbst macht. Dadurch wird der Hauptprozessor deutlich entlastet. Zudem verfügt das Display über einen MicroSD-Kartenleser. Man kann da Speicherkarten mit bis zu 2GB Kapazität einstecken auf denen Icons, Grafiken, Videos usw abgelegt werden können. Das Display kann diese dann mit einfachen kurzen Befehlen an beliebiger Stelle des Bildes anzeigen. Es ist somit möglich die Oberfläche wesentlich moderner und ansprechender zu gestalten. Es können zu den Katalogobjekten Bilde rhinterlegt werden. Ebenso kann die Mondphase grafisch angezeigt werden. Die Möglichkeiten sind schier grenzenlos. Das Display gibt es auch mit Touchpanel, aber ich habe mich doch entschieden, eine Tastatur zu verwenden. Wer im Winter mit dicken Handschuhen beobachtet, weiß das zu schätzen. Übrigens ist das Display ein OLED, wodurch es wesentlich kontrastreicher ist als das alte und somit auch am Tage erkennbar ist. Zudem fällt die Hintergrundbeleuchtung weg. Das Display kostet allerdings knapp 200 Euro, was jedoch leicht zu verschmerzen ist, wenn man bedenkt, daß man ein einfaches Billigdisplay mit 2 Zeilen für die Boxdörfer SDI bei Astrohändlern für 149.-Euro angeboten bekommt.
Mit dieser Lösung ist dann auch der Controller auf der Display3000 Platine überflüssig. Ich verwende stattdessen eine Controllerplatine von Robotikhardware.de die einen ATMEGA2560 enthält. Auch da drauf ist eine USB-Schnittstelle und diverser Kleinkram.
Sobald die Planungen für dieses Design fertig sind werde ich den Kompletten oberen Abschnitt dieser Seite hier neu überarbeiten.
Inzwischen ist das neue Display da und auch schon auf einer Testplatine aufgebaut. Jetzt muss ich nur noch die Anzeigeroutinen umschreiben, bzw. bis auf eine Zeile zusammenkürzen ;-)
So das neue Display ist dran und funktioniert. Ich habe mal ein Vergleichsfoto geschossen. Das neue Display arbeitet wesentlich schneller und resourcenschonender. Außerdem kann es mit Grafiken besser umgehen. (links das Alte und rechts das neue Display)
An einigen Sonderzeichen wie dem Gradzeichen muss ich allerdinsg noch arbeiten. Das neue Display ist auch bei seitlichem Blickwinkel noch lesbar.
Nunmehr bin ich mit dem Design der Basiplatine fetig. Mit dem Standard-Europakartenformat 160x100mm paßt sie genau in das vorgesehen Alugehäuse. Dennoch werde ich nicht umhin kommen noch eine 2. Platine oben drauf zu setzen, da an den 100mm langen Seitenkanten nicht genug Platz für alle vorgesehenen Anschlüsse ist. Auf der Basisplatine sind rechts die 3 Leistungstreiberstufen zu sehen. Auf der linken Seite sitzen die PC-Anschlüsse sowie die gesamte Prozessor-Elektronik. In dem Platz dazwischen habe ich 2 kleine Lüfter vorgesehen. Die Platzierung im Inneren der Steuerung nimmt mir so keinen Platz an den Frontseiten weg.
Die Platine werde ich so erst mal als Prototyp in dei fertigung geben und schauen, ob alles so funktioniert wie ich mir das denke.
