رصدخانه مینیاتوری و تلسکوپ هوشمند با رزبری‌پای

قلب تپنده این رصدخانه یه برد رزبری‌پای 4B هست. برای اینکه سیستم روون کار کنه بهتره از نسخه با رم بالاتر استفاده کنی. چون قراره عکس‌های زیادی بگیریم و داده‌های زیادی ذخیره بشه، حتما از یه کارت حافظه حداقل 32 گیگابایتی استفاده کن.

نرم‌افزار تلسکوپ ما با پایتون نوشته شده و خیلی از پکیج‌های مورد نیازش روی سیستم‌عامل استاندارد رزبری‌پای از قبل نصبه، اما یه سری تنظیمات خاص هم لازم داریم.

اول از همه نسخه دسکتاپ کامل سیستم‌عامل رو (ترجیحا نسخه Buster یا Bookworm) نصب کن. فرآیند نصبش دقیقا همون روال عادیه که سایت رسمی رزبری‌پای پیشنهاد می‌ده. بعد از بالا اومدن سیستم‌عامل، باید پیکربندی اولیه رو انجام بدی.

از طریق ابزار raspi-config باید چند تا قابلیت رو فعال کنی تا بتونیم تلسکوپ رو از راه دور کنترل کنیم و ارتباط برد با میکروکنترلر Tiny2040 برقرار بشه.

1. تعیین یک نام شبکه مناسب (مثلا pilomar)
2. فعال کردن SSH
3. فعال کردن ماژول CAMERA
4. فعال کردن VNC
5. فعال کردن SERIAL PORT
6. غیرفعال کردن CONSOLE TO SERIAL PORT

با اینکه ما قراره تلسکوپ رو بدون اتصال مانیتور (Headless) کنترل کنیم، اما بهتره تنظیمات رو جوری بذاری که رزبری‌پای مستقیما وارد محیط دسکتاپ بشه تا فلش مموری‌ها راحت‌تر شناسایی بشن. حالا برد رو ریستارت کن و وارد محیطش بشو. فایل‌های سورس نرم‌افزار این پروژه آماده‌ست و فقط باید دانلودشون کنی.

بعد از دانلود فایل‌های زیپ نرم‌افزار، اونا رو تو مسیر home/pi/ اکسترکت کن. تو ترمینال این دستورات رو بزن: اول unzip pilomar-main.zip بعد mv pilomar-main pilomar و سپس وارد پوشه شو cd pilomar cd src. حالا برای دادن دسترسی اجرا بزن chmod +x * و در نهایت تو پوشه اسکریپت‌ها هم cd ../scripts chmod +x * رو وارد کن.

حالا ساختار پوشه‌بندی پروژه‌ت کامله. اگه تو اجرای اسکریپت‌ها به مشکل خوردی، مطمئن شو که فایل‌های داخل پوشه‌های src و scripts حتما دسترسی Execute یا همون اجرا رو داشته باشن.

یه نکته امنیتی مهم

همیشه یادت باشه قبل از اجرای هر اسکریپت ناشناسی که از اینترنت دانلود می‌کنی، یه نگاهی به کدهای داخلش بندازی تا از امن بودنش مطمئن بشی!

تو پوشه برنامه‌ها، اسکریپت‌های مختلفی برای نسخه‌های سیستم‌عامل وجود داره. تو ترمینال با وارد کردن cd /home/pi/pilomar/scripts وارد مسیر شو و اگه از نسخه باستر استفاده می‌کنی دستور ./buildpilomar_buster32 رو اجرا کن. اگه از نسخه Bookworm استفاده می‌کنی دستور ./buildpilomar_bookworm64 رو بزن. اجرای ./astrometry.net هم اختیاریه.

اجازه بده اسکریپت کارش رو بکنه؛ این مرحله چند دقیقه‌ای طول می‌کشه تا تمام پیش‌نیازها و پکیج‌ها روی برد نصب بشن. استفاده از یه نسخه پایدار سیستم‌عامل باعث می‌شه درگیر خطاهای عجیب و غریب نشی. خب، نرم‌افزار نصب شد! اما هنوز اجراش نکن، چون میکروکنترلر هنوز به سیستم وصل نیست و با ارور مواجه می‌شی.

برای کنترل موتورها من از میکروکنترلر Pimoroni Tiny2040 استفاده کردم. بردهای مشابه دیگه‌ای هم تو بازار هست اما این مدل به‌خاطر ابعاد کوچیک، پایداری بالا و راه‌اندازی راحتش بهترین گزینه‌ست. حتما نسخه 8 مگابایتی که پین‌هاش لحیم شده رو تهیه کن.

این برد هم از MicroPython و هم CircuitPython پشتیبانی می‌کنه، اما کدهایی که برای این پروژه آماده شده بر پایه CircuitPython نوشته شدن.

پیشنهاد می‌کنم موقع برنامه‌ریزی اولیه، میکروکنترلر رو روی یه برد بورد قرار بدی تا قبل از لحیم‌کاری دائمی، بتونی همه‌چیز رو راحت تست کنی. تو این قدم فقط قراره نرم‌افزار رو روش فلش کنیم. اول فرم‌ور CircuitPython رو روی Tiny2040 نصب کن. تو این مرحله فقط به یه کابل USB نیاز داری تا برد رو به رزبری‌پای وصل کنی.

محیط برنامه‌نویسی Thonny که روی خود سیستم‌عامل رزبری‌پای نصبه، بهترین ابزار برای ویرایش و دیباگ کدهاست. حتما نسخه مخصوص برد خودت (مثلا نسخه 7.2) رو نصب کن.

بعد از نصب فرم‌ور، فایل code.py که توی پوشه پروژه رزبری‌پای هست رو روی Tiny2040 کپی کن و برد رو ریستارت کن. چراغ ال‌ای‌دی میکروکنترلر باید اول صورتی بشه و بعد هر از گاهی آبی چشمک‌زن بشه. این یعنی نرم‌افزار در حال اجراست و داره تلاش می‌کنه ارتباط برقرار کنه. اگه خواستی وضعیت برد رو مانیتور کنی، می‌تونی پنجره سریال تو نرم‌افزار Thonny رو باز کنی.

حالا کابل USB رو جدا کن. از این به بعد قراره تغذیه 3.3 ولت و زمین (GND) میکروکنترلر رو مستقیم از پین‌های GPIO رزبری‌پای بگیریم. تمام ارتباطات دیتایی هم از طریق پین‌های سریال (UART) انجام می‌شه.

هشدار خیلی مهم: هیچ‌وقت وقتی که برد از طریق پین‌های GPIO به رزبری‌پای وصله، کابل USB رو بهش نزن! این کار باعث می‌شه دو تا ولتاژ مختلف وارد میکروکنترلر بشه و قطعاتت آسیب ببینن.

چرا برد Tiny2040؟

اگه دوست داشته باشی می‌تونی از هر میکروکنترلر 3.3 ولتی دیگه‌ای که CircuitPython رو ساپورت می‌کنه استفاده کنی. اگه خواستی با برد متفاوتی کار کنی، فقط باید پین‌اوت‌ها رو توی فایل code.py تغییر بدی و شماتیک رو با برد جدیدت هماهنگ کنی.

اما تو تست‌هایی که انجام دادیم، این برد واقعا عملکرد بی‌نظیری داشته و کل طراحی‌های مکانیکی و مداری این پروژه بر اساس ابعاد همین برد انجام شده.

سازگاری با Tiny2350

اگه برد جدیدتر و سریع‌تر Tiny2350 رو هم داری، این مدار کاملا باهاش سازگاره و می‌تونی با خیال راحت ازش استفاده کنی!

حالا نوبت اتصال ماژول دوربین باکیفیت (HQ) به رزبری‌پایه. دوربین رو با استفاده از کابل فلت به پورت مخصوص روی برد وصل کن. نیازی به نصب کتابخونه‌های اضافی برای دوربین نیست، چون نرم‌افزار ما با همون کتابخونه‌های پیش‌فرضی که روی نسخه Buster نصبه عالی کار می‌کنه. پیشنهاد می‌کنم از یه کابل فلت 30 سانتی‌متری استفاده کنی تا موقع مونتاژ دستت باز باشه و کابل کشیده نشه.

تنظیمات نرم‌افزار ما برای لنز تله‌فوتو 16 میلی‌متری بهینه‌سازی شده. این لنز زاویه دیدی حدود 21 درجه از آسمون رو پوشش می‌ده. (اگه از لنز دیگه‌ای استفاده می‌کنی باید پارامترهای کد رو تغییر بدی).

قدم نهایی تو این بخش فوکوس کردن لنزه. از اونجایی که قراره از آسمون عکس بگیریم و همه‌چیز بی‌نهایت دوره، کافیه فوکوس رو روی بی‌نهایت تنظیم کنی و دیگه بهش دست نزنی.

تو یه روز آفتابی دوربین رو به سمت یه سوژه خیلی دور بگیر و حلقه فوکوس رو بچرخون تا تصویر کاملا شارپ بشه. یا می‌تونی تو یه شب مهتابی دوربین رو رو به ماه بگیری و فوکوس کنی. ابزار raspistill یه قابلیت عالی برای این کار داره. ترمینال رو باز کن و این دستور رو وارد کن: raspistill --focus -o test.jpg -t 60000

با این دستور یه تصویر زنده برای 60 ثانیه نشون داده می‌شه و روی صفحه یه عدد می‌بینی که میزان شارپ بودن تصویر رو نشون می‌ده. حلقه فوکوس رو اون‌قدر بچرخون تا این عدد به بالاترین حد خودش برسه. وقتی تصویر سوژه‌های دور کاملا واضح شد، پیچ قفل حلقه فوکوس رو سفت کن. دیگه نیازی نیست تو آینده تغییری تو این تنظیمات بدی.

یه ترفند دیگه اینه که دریچه دیافراگم لنز رو روی f2.8 یا یه کم بسته‌تر تنظیم کنی. این کار عمق میدان رو بیشتر می‌کنه و فوکوس کردن راحت‌تر می‌شه. البته حواست باشه دیافراگم رو خیلی نبندی، وگرنه عکس‌های آسمون تاریک می‌شن!

+6

بورد کنترل موتور تو این پروژه مثل یه پل ارتباطی بین دستورات رزبری‌پای و حرکت فیزیکی تلسکوپ عمل می‌کنه. شاید این بخش یه کم ترسناک به نظر برسه، اما نگران نباش، خیلی راحت‌تر از چیزیه که فکر می‌کنی! فقط کافیه با حوصله پیش بری. اولین مدلی که ما ساختیم فقط یه مشت سیم جامپر و قطعات شلوغ روی برد بورد بود، پس خیلی سخت نگیر.

تو تصاویر یه شماتیک برات گذاشتیم که نشون می‌ده چطور باید میکروکنترلر Tiny2040 و درایورهای موتور DRV8825 رو به هم وصل کنی. می‌تونی این مدار رو روی یه پرف‌بورد معمولی لحیم کنی.

اگه تو طراحی PCB مهارت داری، می‌تونی برد اختصاصی خودت رو بزنی تا همه‌چیز تمیزتر بشه، اما یه بورد سوراخ‌دار معمولی هم کارمون رو کاملا راه می‌ندازه.

ایده اصلی این مدار اینه که یه "شیلد" یا "هت" ساده برای رزبری‌پای بسازیم. یعنی پایه‌های تغذیه و پین‌های UART رزبری‌پای رو به میکروکنترلر وصل می‌کنیم و بعد خروجی‌های میکروکنترلر رو به درایورهای استپ موتور متصل می‌کنیم.

در نهایت با وصل کردن یه آداپتور 12 ولت به درایورها، موتورها آماده به کار می‌شن. چون Tiny2040 پین ریست نداره، ما تو مدار از یه ترانزیستور استفاده کردیم که مثل کلید روشن/خاموش برای میکروکنترلر عمل می‌کنه و وظیفه ریست کردنش رو بر عهده داره. همیشه بهتره اول مدار رو روی برد بورد ببندی و وقتی مطمئن شدی همه‌چیز درست کار می‌کنه، بری سراغ لحیم‌کاری نهایی روی بورد سوراخ‌دار.

پیشنهاد می‌کنم اول بخش مربوط به Tiny2040 رو سرهم کنی تا بتونی نرم‌افزار رو تست کنی، بعد اتصال درایورها و موتورها رو به مدار اضافه کن.

وقتی درایورهای DRV8825 رو نصب کردی، حتما یادت باشه که محدودکننده جریان (Current Limit) رو تنظیم کنی تا موتورها داغ نکنن و آسیب نبینن. مثلا برای موتورهای 2 آمپری، من جریان رو روی 0.7 آمپر تنظیم کردم. آموزش‌های خیلی خوبی تو اینترنت برای تنظیم دقیق این درایورها با استفاده از مولتی‌متر وجود داره.

همون‌طور که قبلا گفتیم، قبل از وصل کردن پین‌های رزبری‌پای به مدار، حتما کابل USB رو از میکروکنترلر جدا کن. حالا هر بار که رزبری‌پای روشن بشه، میکروکنترلر هم به صورت خودکار روشن و آماده به کار می‌شه. حالا همه‌چیز برای تست نرم‌افزاری آماده‌ست.

یه پنجره ترمینال باز کن یا از طریق PuTTY به رزبری‌پای وصل شو. حالا با دستور cd pilomar/src برو تو پوشه برنامه و دستور ./pilomar رو اجرا کن.

با اجرای این دستور، برنامه بالا میاد و یه فایل تنظیمات پیش‌فرض می‌سازه. بعدش خیلی سریع بسته می‌شه و ازت می‌خواد که موقعیت مکانی (طول و عرض جغرافیایی) خونه‌ات رو تو فایل تنظیمات وارد کنی.

برای پیدا کردن طول و عرض جغرافیایی شهرت می‌تونی خیلی راحت از گوگل کمک بگیری. حالا با یه ویرایشگر متن مثل nano باید این فایل رو ویرایش کنی.

دستور cd ../data و بعد nano pilomar_params.json رو بزن. مقادیر HomeLat و HomeLon رو تغییر بده. برای ذخیره کردن کلیدهای Ctrl+O و برای خروج Ctrl+X رو فشار بده.

حالا دوباره برگرد تو پوشه سورس (cd ../src) و برنامه رو با ./pilomar اجرا کن. یه سوژه از منظومه شمسی رو انتخاب کن. مهم نیست الان روزه یا شب، ما فقط می‌خوایم موتورها رو تست کنیم، پس فعلا عکسی گرفته نمی‌شه.

وقتی منوی اصلی باز شد، برو تو بخش 'Motor Tools' و گزینه 'Tune Azimuth' رو انتخاب کن. وقتی ازت مقدار خواست، عدد 1000 رو تایپ کن و اینتر بزن. اگه همه‌چیز درست باشه، چراغ ال‌ای‌دی روی میکروکنترلر یه لحظه سبز می‌شه و برمی‌گرده به منو.

این یعنی ارتباط دیتایی کاملا برقراره. اگه موتورها به تغذیه وصل باشن، موتور محور افقی شروع به حرکت می‌کنه. با زدن دکمه 'x' می‌تونی برگردی به منوی قبلی.

از گزینه 'Tune Altitude' برای تنظیم زاویه صفر دوربین استفاده کن. وقتی دوربین روی پایه سوار می‌شه، باید دقیقا به صورت افقی و رو به افق نگاه کنه که این زاویه می‌شه همون 0 درجه عمودی. اگه یه وقت تلسکوپت موقعیتش رو گم کرد، می‌تونی با همین دو تا گزینه Tune دوباره کالیبره‌اش کنی.

اگه رزبری‌پای نتونه با میکروکنترلر حرف بزنه، برنامه با ارور بسته می‌شه. تو این حالت باید بری سیم‌کشی‌ها رو دوباره چک کنی. البته دیدن پیام ریستارت شدن موتور کنترلر تو صفحه کاملا طبیعیه.

از اینجا به بعد حتی اگه بقیه قطعات مکانیکی تلسکوپ رو نساخته باشی، می‌تونی برنامه رو فقط با بردهای الکترونیکی اجرا و تست کنی.

حتی می‌تونی تو تنظیمات برنامه، دوربین رو غیرفعال کنی تا تلسکوپ عکس‌ها رو شبیه‌سازی کنه. اینطوری می‌تونی خیلی راحت روی توسعه نرم‌افزارت کار کنی.

تنظیمات نرم‌افزار PuTTY

چون نرم‌افزار با پایتون 3.7 نوشته شده، از کاراکترهای UTF-8 استفاده می‌کنه. مطمئن شو که تو تنظیمات PuTTY هم انکودینگ روی UTF-8 باشه، وگرنه ممکنه نوشته‌های روی صفحه به هم ریخته نشون داده بشن.

استفاده از RealVNC

به جای ترمینال PuTTY می‌تونی از ریموت دسکتاپ‌هایی مثل RealVNC هم استفاده کنی. اگه اتصال وای‌فایت ناپایداره این روش بهتره، هرچند تنظیمات اولیه‌اش یه کم زمان‌بر تره.

+10

حالا می‌رسیم به بخش جذاب پرینت سه‌بعدی! ساختار مکانیکی تلسکوپ از پنج بخش اصلی تشکیل شده: فونداسیون، پلتفرم، برجک، گیربکس‌ها و گنبد.

پرینت قطعات زمان‌بره، پس با حوصله پیش برو. کلا به حدود 4 حلقه فیلامنت (هر کدوم یک کیلو) نیاز داری. پیشنهاد ما دو حلقه مشکی و دو حلقه سفیده، اما می‌تونی هر ترکیب رنگی که دوست داری انتخاب کنی.

تنظیمات پیشنهادی پرینتر سه‌بعدی

• فیلامنت PLA برای تمام قطعات این پروژه عالی جواب می‌ده.
• برای قطعات خیلی کوچیک و پرجزئیات، ارتفاع لایه (Layer Height) رو روی 0.12 میلی‌متر بذار.
• برای قطعات بزرگ‌تر، ارتفاع 0.2 میلی‌متر کاملا مناسبه.
• برای اینکه قطعات محکم بشن، ضخامت دیواره‌ها رو روی 3 تا 4 لایه بذار و تراکم (Infill) رو بین 20 تا 40 درصد تنظیم کن.
• اگه پرینترت کالیبره باشه نیازی به مقاوم‌سازی قطعات نیست، اما تو بعضی قطعات سوراخ‌هایی تعبیه شده که می‌تونی با چسب یا پیچ اونا رو محکم‌تر کنی.

فونداسیون همون پایه ثابتیه که تمام وزن تلسکوپ رو تحمل می‌کنه. این پایه سه تا بازو داره که یه بلبرینگ صفحه‌ای (Lazy Susan) بزرگ روش نصب می‌شه تا تلسکوپ بتونه نرم و راحت به چپ و راست بچرخه. فایل‌های سه‌بعدی رو می‌تونی با توجه به ابعاد پرینترت آماده کنی.

حتما بلبرینگ صفحه‌ای با سایز 250 میلی‌متری بخر. معمولا زیر این بلبرینگ‌ها چهار تا پایه پلاستیکی کوچیک هست که باید اونا رو جدا کنی چون به کارمون نمیاد.

برای بستن بلبرینگ به پایه، حتما از پیچ‌های سرتخت (Countersunk) سایز M4 استفاده کن. اینطوری سر پیچ‌ها کاملا هم‌سطح بلبرینگ می‌شه و موقع چرخیدن تلسکوپ به جایی گیر نمی‌کنه.

اولین قطعه‌ای که باید بسازی، چرخ‌دنده اصلی (Drive Wheel) هست. فایلش تو دو نسخه M5 و M6 موجوده. با توجه به سایز شفت چرخ‌دنده حلزونی که خریدی، یکی از این دو مدل رو پرینت بگیر.

این شفت‌ها تو بازار با سایزهای متنوع پیدا می‌شن. برای ساپورت کردن وزن روی بلبرینگ بزرگ، باید 6 تا بلبرینگ کوچیک (سایز 5 در 19 در 6 میلی‌متر) هم دورتادور فونداسیون نصب کنی.

از یه تیکه میله فلزی 5 میلی‌متری یا حتی پیچ‌های معمولی M5 به عنوان محور این بلبرینگ‌های کوچیک استفاده کن و اونا رو تو فواصل مساوی دور فونداسیون جا بزن.

+6

پلتفرم متحرک دقیقا روی بلبرینگ صفحه‌ای نصب می‌شه و وظیفه‌اش چرخوندن کل تلسکوپ و گنبده. موتور محور افقی، چرخ‌دنده‌ها، برجک دوربین و حتی بدنه بیرونی رصدخانه روی همین پلتفرم سوار می‌شن. پیشنهاد می‌کنم این قطعات رو با فیلامنت مشکی پرینت بگیری تا نور مزاحمی بازتاب نشه. این پلتفرم باید به حلقه داخلی بلبرینگ پیچ بشه.

اینجا هم حواست باشه که برای جلوگیری از گیر کردن قطعات به هم، از پیچ‌های M4 سرتخت استفاده کنی. برای محکم کردن پیچ‌ها تو پلاستیک، از قطعات پرینت‌شده DaM4 (نگهدارنده مهره) استفاده کن. این قطعات مهره رو تو دل خودشون نگه می‌دارن و بستن پیچ‌ها رو خیلی راحت می‌کنن. یه مهره‌گیر DaM5 هم داریم که موقع مونتاژ تو پایه قرار می‌گیره.

این نگهدارنده‌ها (DaM4 و DaM5) مثل مهره‌های پرچ‌شونده عمل می‌کنن و مونتاژ رو فوق‌العاده سریع می‌کنن. وقتی قطعات پلتفرم رو سرهم کردی، اگه دوست داشتی می‌تونی بین پین‌های اتصال کمی چسب سیلیکون بزنی. این کار علاوه بر اینکه پلتفرم رو یکپارچه می‌کنه، جلوی لرزش و صدای اضافی رو هم تو حرکت می‌گیره.

+7

برجک دوربین همون سازه‌ایه که بردها، موتور زاویه عمودی و گیربکس‌ها رو تو خودش جا می‌ده. این بخش هم بهتره مشکی پرینت بشه تا جلوی بازتاب نور رو بگیره. این برجک از دو تا دیواره اصلی تشکیل شده که پایه متحرک دوربین رو بین خودشون نگه می‌دارن.

پایه یا گهواره دوربین روی دو تا بلبرینگ سوار می‌شه تا بتونه آزادانه بالا و پایین بره. حرکت این گهواره توسط استپ موتور دوم انجام می‌شه.

هر دیواره از دو قطعه پرینت‌شده مجزا تشکیل شده که با پیچ به هم وصل می‌شن تا بتونن بلبرینگ‌های پایه دوربین رو محکم سر جاشون فیکس کنن.

تو فایل‌های سه‌بعدی دو تا نسخه از این دیواره‌ها هست؛ یکی نسخه P.14.0 که یه کم کوتاه‌تره و فضای بیشتری زیر گنبد بهت می‌ده و دومی نسخه P.13.6 که سوراخ‌های بیشتری برای پیچ کردن بردهای الکترونیکی داره. می‌تونی هرکدوم که به کارت میاد رو پرینت بگیری. مونتاژ این بخش مثل لگو می‌مونه و با پیچ کردن قطعات به همدیگه ساختار نهایی برجک شکل می‌گیره.

+2

این موتور و گیربکس قراره روی پلتفرم سوار بشن تا حرکت چپ و راست تلسکوپ رو کنترل کنن. استپ موتور از طریق چرخ‌دنده حلزونی، چرخ‌دنده اصلی فونداسیون رو به حرکت درمیاره.

استپ موتور ما تو هر دور 400 پله (استپ) داره. گیربکس حلزونی این عدد رو تو 60 ضرب می‌کنه که می‌شه 24000 پله. چرخ‌دنده اصلی محور هم یه ضریب 4 دیگه بهش می‌ده که در نهایت می‌رسیم به 96000 پله در هر دور! یعنی تلسکوپ ما با دقت فوق‌العاده 0.004 درجه حرکت می‌کنه که برای ردیابی ستاره‌ها عالیه.

طراحی بدنه گیربکس جوریه که بهت اجازه می‌ده فاصله بین چرخ‌دنده‌ها رو یه مقدار کم و زیاد کنی. اینطوری می‌تونی درگیری دنده‌ها رو جوری تنظیم کنی که حرکت کاملا نرم و بدون لقی باشه. مونتاژ این بخش نیاز به دقت داره تا دنده‌ها به نرمی روی هم بلغزن.

نکاتی در مورد موتور NEMA17

تو هر دو تا محور از استپ موتور NEMA17 با زاویه 0.9 درجه استفاده کردیم. می‌تونی از مدل‌های 1 آمپری هم استفاده کنی، اما مدل‌های 2 آمپری دستت رو برای آینده بازتر می‌ذارن. اگه بعدا خواستی از قابلیت میکرواستپینگ (Microstepping) برای بالاتر بردن دقت استفاده کنی، این موتورهای قوی‌تر کم نمیارن.

با فعال کردن میکرواستپینگ می‌تونی دقت رو دو برابر کنی و به زاویه 0.45 درجه تو هر قدم برسی، ولی قدرت موتور یه مقدار افت می‌کنه. تو این پروژه نیازی به این کار نیست، اما نرم‌افزار و مدارت کاملا این قابلیت رو ساپورت می‌کنن.

شفت این موتورها معمولا 5 میلی‌متری و به شکل حرف D هست تا چرخ‌دنده محکم روش بشینه. حتما موتور 4 سیمه بخر چون موتورهای 6 سیمه با درایورهای ما سازگار نیستن.

موتورهای پله‌ای به جای ولتاژ، با کنترل جریان تغذیه می‌شن. پس زیاد درگیر ولتاژ کاریشون نباش؛ مهم اینه که جریانی که از درایور بهشون می‌رسه کنترل شده باشه.

برای کنترل این جریان باید از اون پتانسیومتر کوچیک روی درایور DRV8825 استفاده کنی. با یه پیچ‌گوشتی کوچیک و مولتی‌متر می‌تونی دقیقا جریان خروجی رو تنظیم کنی تا موتورها نه بلرزن و نه داغ کنن.

موتور دوم قراره روی برجک نصب بشه تا بالا و پایین رفتن دوربین رو کنترل کنه. ساختار گیربکس این محور شباهت خیلی زیادی به محور افقی داره و فقط چند تا قطعه متفاوت برای اتصال به پایه دوربین توش استفاده شده. با دقت قطعات رو سرهم کن و چرخ‌دنده‌ها رو درگیر کن تا حرکت دوربین کاملا نرم و روون انجام بشه.

+8

حالا که هم قطعات الکترونیکی و هم بدنه مکانیکی رو ساختیم، وقتشه اینا رو با هم ترکیب کنیم. یه سری صفحه نصب پرینت‌شده داریم که بردها روشون پیچ می‌شن. البته بسته به ابعاد بوردی که خودت برای درایورها ساختی، ممکنه نحوه نصب کمی فرق کنه. اما جای نصب رزبری‌پای کاملا استاندارده و راحت روی بدنه فیکس می‌شه.

ماژول دوربین و لنزی که از قبل فوکوسش کردی رو با چهار تا پیچ نایلونی سایز 2.5 میلی‌متری روی گهواره دوربین ببند. بعد برد رزبری‌پای و مدار موتور کنترلر رو به دیواره‌های برجک پیچ کن. سوراخ‌های اضافی روی بدنه دقیقا برای همین کار تعبیه شدن.

حالا سیم‌های استپ موتورها رو به بورد وصل کن. دقت کن که 4 تا سیم هر موتور رو دقیقا با ترتیب درستی که تو دیتاشیت موتور اومده به پایه‌های درایور متصل کنی.

کابل تغذیه 12 ولت موتورها و کابل USB رزبری‌پای رو از سوراخ وسط فونداسیون عبور بده. این کار باعث می‌شه موقع چرخیدن تلسکوپ، کابل‌ها به هم گره نخورن. می‌تونی با یه بست کمربندی کابل‌ها رو به بدنه برجک محکم کنی تا تکون نخورن.

منبع تغذیه 12 ولتت باید قدرت کافی رو داشته باشه، چون هر موتور ممکنه تا 2 آمپر جریان بکشه و مجموعا حدود 8 آمپر مصرف داریم. حواست باشه سیم‌های ظریف موتور آسیب نبینن. تو این مرحله شکل نهایی دستگاه داره خودش رو نشون می‌ده.

با توجه به عکس‌های پروژه، سعی کن مسیر کابل‌ها رو جوری مدیریت کنی که به دنده‌های در حال چرخش گیر نکنن. نظم سیم‌کشی هم تو زیبایی پروژه تأثیر داره و هم جلوی اتصالی رو می‌گیره. تبریک می‌گم!

بعد از این مرحله تلسکوپت آماده کاره. حالا باید دوباره نرم‌افزار رو اجرا کنی و تلسکوپ رو تو موقعیت "Home" یا صفر کالیبره کنی.

• با گزینه HOME MOTOR تو نرم‌افزار، موتورها رو به موقعیت اولیه برگردون.
• با گزینه TUNE MOTOR زاویه عمودی دوربین رو طوری تنظیم کن که کاملا صاف و رو به افق باشه.

+11

تلسکوپ ما کاملا عملیاتی شده، اما برای اینکه بتونیم تو شب‌های سرد ازش استفاده کنیم به یه کاور نیاز داریم. این کاور یا همون گنبد رصدخانه صددرصد ضدآب نیست، اما برای جلوگیری از نشستن شبنم و رطوبت روی بردها فوق‌العاده کارآمده. یادت باشه هیچ‌وقت زیر بارون تلسکوپت رو بیرون نذاری. طراحی بدنه گنبد کاملا دست خودته و می‌تونی اون رو به سلیقه خودت تغییر بدی.

پیشنهاد می‌کنیم این قطعات رو با فیلامنت سفید پرینت بگیری تا ظاهر جذاب و حرفه‌ای‌تری شبیه به رصدخانه‌های واقعی داشته باشه. ظاهر رصدخونه‌مون اینجا به طور کامل شکل می‌گیره.

+2

تو عکاسی نجومی معمولا یه عکس نمی‌گیرن؛ بلکه یه دسته بزرگ از عکس‌های پی‌درپی می‌گیرن و بعدا اونا رو رو هم ترکیب (استک) می‌کنن. نرم‌افزار ما فرآیند استک کردن رو خودش انجام نمی‌ده، اما وظیفه سخت گرفتن این عکس‌های منظم و دنباله‌دار رو با دقت بالا بر عهده داره.

اگه فقط یه عکس ساده بگیری، تصویرت پر از نویز می‌شه. اما اگه صد تا عکس بگیری و بعد تو کامپیوتر ترکیبشون کنی، کیفیت عکس خیره‌کننده می‌شه. نرم‌افزار تلسکوپ ما تمام این عکس‌های خام (Light Frames) رو دسته‌بندی شده تحویلت می‌ده.

نحوه مستقر کردن تلسکوپ

تلسکوپ رو بیرون روی یه سطح کاملا صاف و تراز بذار. کابل‌ها رو وصل کن و مطمئن شو قطعات الکترونیکی تو جای امنی هستن. حالا لنز دوربین رو دقیقا رو به جنوب و کاملا تراز با افق (موقعیت صفر) قرار بده. این نقطه شروع یا Home ماست. اگه دوربین صاف نیست، می‌تونی از تو نرم‌افزار و بخش Motor Tools موتورها رو کالیبره کنی.

شروع عکاسی نجومی

حالا برو تو یه اتاق گرم و راحت بشین و با لپ‌تاپت از طریق PuTTY به رزبری‌پای وصل شو. ترمینال بهترین و پایدارترین راه برای کنترل این تلسکوپه. تو محیط ترمینال دستور cd pilomar/src و بعد ./pilomar رو تایپ کن تا برنامه باز بشه.

بار اولی که برنامه باز می‌شه، یه سری کاتالوگ از اجرام آسمانی رو از اینترنت دانلود می‌کنه. اگه طول و عرض جغرافیایی رو تو مراحل قبل تنظیم نکرده باشی، اینجا ازت می‌خواد واردشون کنی. حالا باید هدفت رو تو آسمون انتخاب کنی. می‌تونی از بین اجرام منظومه شمسی یا کاتالوگ مسیه (Messier) یکی رو انتخاب کنی.

اگه هدفی که انتخاب کردی تو اون ساعت تو آسمون شهرت نباشه، بهت اخطار می‌ده. سحابی جبار (Orion Nebula) یکی از بهترین و راحت‌ترین سوژه‌ها برای شروع عکاسیه. کافیه از تو لیست اجراب مسیه، کلمه M42 رو تایپ کنی.

بعد از انتخاب، گزینه 'Begin observation' رو بزن. حالا مغز متفکر تلسکوپ شروع می‌کنه به محاسبه مسیر و مختصات سوژه تو آسمون و داده‌ها رو به میکروکنترلر می‌فرسته. حدود یک دقیقه طول می‌کشه تا تلسکوپ حرکت کنه و دقیقا روی هدف قفل بشه. وقتی قفل شد، شروع می‌کنه به عکاسی پی‌درپی.

تلسکوپ به صورت خودکار حرکت زمین رو خنثی می‌کنه (Tracking) و مثلا 100 تا عکس 10 ثانیه‌ای می‌گیره. هر موقع هم خواستی می‌تونی با زدن کلید 'x' متوقفش کنی. وقتی کار عکاسی تموم شد، دوباره برمی‌گردی به منوی اصلی و می‌تونی بری سراغ یه سوژه دیگه یا تنظیمات زمان نوردهی رو دستکاری کنی. اگه دوست داشتی می‌تونی تعداد عکس‌های بیشتری بگیری تا بعدا تصویر نهایی پرجزئیات‌تر بشه.

تموم این عکس‌ها تو یه پوشه مخصوص ذخیره می‌شن و می‌تونی فردا صبح با نرم‌افزار Filezilla اونا رو راحت به کامپیوترت منتقل کنی. تو منو تنظیمات خیلی زیادی هست، نترس و گزینه‌های مختلف رو امتحان کن تا دستت بیاد. حتی اگه فردا شب هم بخوای از همون سوژه عکس بگیری، تلسکوپ آخرین هدف رو یادشه و با یه دکمه دوباره میره سراغ همون جرم آسمانی.

خب، حالا ده‌ها عکس خام تو دستت داری که اگه تکی بهشون نگاه کنی چیز خاصی توشون پیدا نیست و شبیه عکس‌هایی هستن که با یه دوربین روی سه‌پایه معمولی گرفتی.

اما جادوی عکاسی نجومی اینجاست که این عکس‌ها رو تو نرم‌افزار روی هم می‌ذاریم (استک می‌کنیم) تا نورهای ضعیف کهکشان‌ها و سحابی‌ها خودشون رو نشون بدن و نویزها حذف بشن. برنامه رزبری‌پای مسیر ذخیره شدن عکس‌ها رو بهت می‌ده. با نرم‌افزارهای انتقال فایل، این پوشه رو کپی کن تو کامپیوترت.

تو این پوشه هم عکس‌های .jpg داری که برای دیدن سریع خوبن و هم فایل‌های حجیم .dng که دیتای خالص سنسور رو تو خودشون جا دادن و برای پردازش حرفه‌ای عالین. نرم‌افزارهای نجومی از همین فایل‌های .dng تغذیه می‌کنن تا بتونن جزئیات پنهان عکس رو بیرون بکشن.

یکی از بهترین و راحت‌ترین نرم‌افزارهای رایگان برای این کار DeepSkyStacker هست. برنامه‌رو باز کن و روی 'Open picture files' کلیک کن. تمام فایل‌های .dng رو انتخاب کن. روی گزینه 'Check all' و بعد 'Register checked pictures' کلیک کن.

ممکنه برنامه بهت اخطار بده که فایل‌های کالیبراسیون (Dark, Flat) رو نداری، نگران نباش و تیک گزینه 'Stack after registering' رو روشن بذار تا خودش کارش رو شروع کنه.

روی OK کلیک کن و بذار سیستم چند دقیقه‌ای پردازش کنه. خروجی اولیه یه عکس تاریکه، ولی اصلا جای نگرانی نیست، حالا باید نورش رو تنظیم کنیم.

تو قسمت RGB/K Levels، اسلایدرها رو جوری جابه‌جا کن که قله نمودارهای هر سه رنگ دقیقا روی هم بیفتن. بعد APPLY رو بزن. حالا تو تب Luminance، اسلایدر رو طوری تنظیم کن که خط مشکی دقیقا از لبه سمت چپ نمودار رنگ‌ها شروع به بالا رفتن کنه. هر تغییری که می‌دی دکمه APPLY رو بزن تا نتیجه رو روی عکس ببینی. یواش یواش سحابی از تو تاریکی بیرون میاد!

تو تب Saturation هم می‌تونی رنگ رو حدود 20 تا 30 درصد بالا ببری تا ستاره‌ها رنگی‌تر بشن. اون‌قدر با این اسلایدرها بازی کن تا به بهترین و جذاب‌ترین نتیجه برسی.

در نهایت گزینه 'Save picture to file' رو بزن و مطمئن شو تیک 'Apply adjustments' خورده باشه تا تمام تغییراتی که دادی روی عکس ذخیره بشه. برنامه خروجی رو با فرمت TIFF ذخیره می‌کنه که بالاترین کیفیت ممکن رو داره.

حالا اولین عکس نجومی حرفه‌ایت آماده‌ست! می‌تونی همین عکس رو تو نرم‌افزاری مثل فتوشاپ یا GIMP باز کنی و نور و کنتراستش رو حتی بهتر هم بکنی.

اینجا همون جاییه که خستگی کارت درمیاد و عکس‌های خیره‌کننده‌ای که ساختی رو می‌تونی قاب کنی. پردازش عکس یه دنیای بی‌نهایته، ازش لذت ببر!

ساخت این پروژه ثابت کرد که برای ورود به دنیای نجوم و رباتیک نیازی به تجهیزات ده‌ها هزار دلاری نیست و می‌تونی با برد رزبری‌پای، یه درایور ساده و پرینت سه‌بعدی، یه تلسکوپ کاملا اتوماتیک بسازی. این تازه قدم اول بود و می‌تونی این ایده رو تا بی‌نهایت توسعه بدی.

• اضافه کردن باتری برای قابل حمل شدن سیستم
• نصب ماژول GPS و قطب‌نما برای پیدا کردن اتوماتیک موقعیت صفر
• استفاده از هوش مصنوعی برای ترکیب خودکار عکس‌ها روی خود رزبری‌پای
• طراحی گنبدهای مکانیکی و موتورایز شده
• تغییر گیربکس‌ها برای رسیدن به دقت‌های حتی بالاتر
• نصب لنزهای حرفه‌ای‌تر و سنگین‌تر
• ساخت یه پایه مخصوص برای عکاسی با موبایل
• استفاده از لنزهای دوربین‌های DSLR برای گرفتن خروجی شاهکار
• ساخت یه پنل تحت وب برای کنترل تلسکوپ از روی گوشی
• اضافه کردن قابلیت Plate Solving برای اینکه تلسکوپ از روی ستاره‌ها بفهمه دقیقا کجای آسمونه
• بازنویسی کدهای پایتون با زبان‌های سریع‌تر
• پرینت کردن قطعات تو ابعاد دو برابر بزرگ‌تر!

نرم‌افزار این پروژه یه محیط متن‌باز عالیه و می‌تونی هر تغییری که دوست داری تو کدهاش بدی تا دستگاه رو دقیقا شخصی‌سازی کنی. حتی اگه پرینتر سه‌بعدی نداری، می‌تونی همین مکانیزم رو با چوب، فلز یا پلکسی‌گلاس پیاده کنی و بخش الکترونیک و نرم‌افزار رو عینا روش سوار کنی.

امیدوارم از این آموزش حسابی لذت برده باشی. حتما دست به کار شو، این تلسکوپ فوق‌العاده رو بساز و عکس‌های شاهکاری که از کهکشان‌ها می‌گیری رو تو بخش پروژه‌های اپلیکیشن آیسی‌مدار برامون آپلود کن تا همه از دیدنشون لذت ببرن. موفق باشی!