Positionsanzeige am historischen Teleskop

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19. Jan. 2011
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Nun möchte ich Euch auch mein derzeit aktuelles Projekt nicht vorenthalten.
In unserer Sternwarte (Wilhelm-Förster-Sternwarte Berlin) steht ein historisches Instrument in einer 11m-Kuppel (Gebaut 1889 von der Firma Carl Bamberg in Berlin Friedenau, Öffnung 314mm, Brennweite 5m, Gewicht mit Montierung 4,5 t ).
Dieses Teleskop hat keine Vollmotorisierung, d.h. die Einstellung der Objekte erfolgt mit Skalen an den Achsen. Lediglich für eine 2stündige Nachführung wurde vor ca 14 Jahren ein Nachführmotor samt Steuerung angebaut, der ein Zahnsegment über einen kleinen Kreisausschnitt bewegen kann - reicht für ca. 2h. Danach muss zurückgefahren werden für die nächsten 2 Stunden.
Im gleichen Zeitpunkt wurden an den beiden Achsen Absolutencoder von TWK angebaut (da war ich selbst erstaunt, dass es damals bereits Absolutencoder gab). Die von dort gewonnenen Werte wurden auf einer kleinen Handbox angezeigt. Die Handbox ist an einem sehr langen Kabel, damit man sie auch mit hoch auf die Treppe nahmen kann. Leider passiert es leicht, dass das Kabel von der Treppe überrrolt wird - also nicht wirklich praktisch. Da es für die Steuerung inkl. Anzeige keinerlei Unterlagen gibt, gilt es, zumindest für die Poaitionsanzeige eine neue Geschichte zu bauen. Dabei bleibt die Motorsteuerung unangetastet, da sie funktioniert.

Zielvorstellungen:
Anzeige der aktuellen Position an einer gut lesbaren (auch im Dunkeln) Anzeige an einer der Kuppelwände. Dabei müssen die Werte auch von der Treppe aus (also wenn man am Okular klebt) erkennbar sein. Die Anzeige der Werte soll dabei nicht in Stundenwinkel und Deklination sondern in Rektaszension und Deklination erfolgen, weil die Kataloge der Objekte in Reakszension angegeben sind. Die Werte zur Anzeige sollen per Funk übertragen werden, da keine Kabelverlegung möglich ist.

Wünschenswert wäre eine 2. Anzeigereihe für evtl. vorgegebene Zielkoordinaten. Damit könnte man dann solange mit der Feineinstellung am Rohr drehen, bis die Zielkoordinaten erreicht sind.

Bisher verlor die Steuerung teilweise ihre Offsetwerte, also die Eichung auf die Nullkoordinaten. Das soll nun dauerhaft funktionieren.

Option von meiner Seite aus ist ein weiterer Funkempfänger mit USB-Seriell für den Anschluss an einen PC (der auch dort aufgestellt wird) für die Übergabe von Zielkoordinaten an die Anzeige bzw. Abfrage der aktuellen Koordinaten für eine Liveanzeige in Sternkartenprogrammen. Als Schnittstelle kommt dabei das LX200-protokoll zum Einsatz, was die meisten Sternenkartenprogramme verstehen.

mein Plan:
Zunächst galt es, die Encoder von der bisherigen Anlage abzukoppeln. Zum Glück ist das der bisherigen Steuerung egal und sie funktioniert auch ohne, zeigt dann aber nichts mehr an.

Derzeit kämpfe ich mit der Abfrage der Daten von den Encodern. Diese erfolgt per SSI-Interface. Dafür experimentiere ich derzeit mit einem Atmega8-Modul und 2 MAX488 für als Treiber für RS422 / RS485. Ich hoffe aber, dass ich das bald hinbekomme. Die Encoder senden Werte binär jeweils für die ANzahl der Umdrehungen und den Wert der aktuellen Position. Multiturn deshalb, weil die Encoder per Zahnriemen mit Übersetzung angebaut sind. Hier muss also dann umgerechnet werden. Die Encoder selbst haben eine Auflösung von 12 bit, also für eine Handeinstellung mehr als ausreichend. Wenn esfunktioniert, kommt die Elektronik in ein kleines Gehäuse und ab damit in die Gußsäule der Bedineinheit. Per TTL-seriell wird das Modul dann mt dem Hauptmodul verbunden - ein Funkmodul mit Atmega128, RTC. Diese Gerätetrennung muss sein, da die Encoder eine sehr hohe Mindesttaktrate fordern, womit ein so kleiner Kerl doch voll beschäftigt ist, Dann noch die Funkfirmware für 1:n dazu, das wird nix. Ausserdem muss das Funkmodul eh aus dem Gußkasten raus, sonst wird es nix mit funken.
Das Hauptmodul fragt die aktuellen Werte vom SSI-Modul ab, rechnet sie anhand der aktuellen Zeit (UT) und dem Standort um in Rektaszension (der Encoder liefert den Stundenwinkel). Die Firmware ist für die Bedienung mehrerer Funksensoren ausgelegt. Damit werden die aktuellen Werte an alle verbundenen Sensoren übertragen - an die Großanzeige und wenn vorhanden den am PC angeschlossenen Empfänger.
Die Hauptsteuerung bekommt auch noch 4 Tasten und ein 2x8-LCD-Display, aber nur für Kontrollzwecke. Die Eichung erfolgt per Menüführung und die Offsets werden im EEPOROM gespeichert. Die Uhr kann per Software über das Funkmodul am PC gestellt werden. Danach Langzeitbufferung mit ColdCap. Auf GPS oder DCF muss ich verzichten - kein Empfang in der Kuppel wegen Blechbeplankung. Geht aber auch ohne hinreichend genau.

Nun die Großanzeige. Hier hab ich lange überlegt. Ein LCD geht nicht wegen Umgebungsdunkelheit und schlechter lesbarkeit aus verschiedenen Winkeln. Also doch 7Segment. Die gibts ja tatsächlich noch. Zum Einsatz kommen 4x4 5,8mm von Knightbright in rot. Angesteuert werden diese mit 4 SAA1064, die vom Funksensormodul per i2c gesteuert werden. Das ganze kommt in einen Bilderrahmen und an die Wand. AUfgrund der Leiterplattengröße hab ich mich für Handverdrahtung entschieden - mühsam, aber was solls.

Ich halte Euch auf dem Laufenden.

Michael
 

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Hallo Michael,

Idee für die Großanzeige:
Wie wärs denn mit einer umgebauten Projektionsuhr (bzw. 2 Stück)?
Hat Aldi Nord ab Montag für 12,--€ im Angebot.
Vorteil: Die Anzeige ist frei positionierbar ohne Kabel an der Wand :)

hage
 

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Hallo Hage,

nette Idee, nur mit dem Zugriff auf das Teil wird wohl etwas schwierig. Außerdem brauche ich 4x4, wobei Rektaszension nn.nn und Deklination +nn.n ist.
Ich hatte erst eine Lauflichtanzeige versucht, leider hat die meim Wechsel der Werte (per seriell) immer eine Denkpause gemacht. Außerdem war die EInsatztemperatur nicht geeignet. In so einer Kuppel ist es im Winter bitte kalt.

Michael
 
Hallo Michael,

finde ich ja echt geil Dein neues Projekt da es auch mit Astronomie zu tun hat. Bin gespannt wie es weiter geht und werde es gerne mit interessiertem Auge verfolgen.

Grüße,
Markus
 
Gestern hab ich an der Firmware der Basisstation weitergeschraubt. Die Basics laufen schon (Echtzeituhr in UT, Greenwichzeit, Sternzeit, Umrechnung Stundenwinkel in Rektaszension). Die Funkbasis kann bereits mehrere "Sensoren" erkennen und verwalten, damit sie dann die aktuellen Werte erhalten können. Nun fehlen noch die Werte vom Encoder.

Heute hab ich an der Anzeigeeinheit weitergelötet.
Die Anzeigeeinheit besteht aus 4x4 Siebensegmenten (59mm Ziffernhöhe) und wird auch 2 Lochrasterplatinen zu je 500mm x 100mm handverdrahtet. Gesteuert wird das ganze mit 4xSAA1064, der genau 4 I2C-Adressen annehmen kann - paßt also genau. Jede der 4 Teile bekommt eine eigene Spannungsversorgung, die zw. 8 und 10V liegen muss. Dazu hab ich den 7808 um eine Möglichkeit der Spannungsregelung erweitert. Damit kann ich dann die Helligkeit der 4 Einheiten aufeinander abstimmen.

Ganz schöne Fummelei, die Handverdrahtung - eine Einheit läuft schon, die 2. ist zur Hälfte fertig. Leiterplatte viel aus wegen der Größe und dem zugeh. Preisen.

Morgen versuch ich mich wieder an der Datengewinnung von den Encodern. Ich hoffe, dass es morgen endlich den Durchbruch gibt. Wenn nicht, muss ich versuchen so ein Teil auszubauen und zu Hause anzugraben. Die Bedingungen vor Ort sind halt keine Laborbedingungen.

Ich werde weiter berichten.

Im Anhang findet Ihr die Schaltung eines der 4 Anzeigeblöcke.

Michael
 

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Gestern hab ich es endlich geschafft, dass die Absolutencoder mit mir reden. Die Ursache, warum es bisher nicht funktioniert hat, lag einfach in meiner zu niedrigen Taktvorgabe. Eigentlich lege ich beim SSI den Takt fest, im erweiterten Datenblatt fand ich aber dann einen Hinweis, dass die Encoder systembedingt eine Mindesttaktrate von ca 100kHz benötigen. Das interne Monoflop wird mit jeder fallenden Flanke des Taktes am Leben gehalten. Dabei ist die Monoflop-Haltezeit auf 15-25mus eingestellt. Wenn die nächste fallende Flanke nicht innerhalb dieser Zeit kommt, fällt das Monoflop ab und Schluss. Ich habe meinen Takt jetzt so eingeregelt, dass ca. 15mus zwischen 2 fallenden Flanken liegen. Damit funktioniert es.
Im Anhang mal eine Aufzeichnung einer Kommunikation. Oben ist der Takt, unten die Antwort 26 Bit.
 

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  • deklination_neu.pdf
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So mit den gestrigen Erkenntnissen steht die Schaltung für die Datengewinnung von den beiden Absolutencodern. Ich hab ein Chip45-Modul genommen, da ich davon noch einige rumliegen habe. Bestückt ist es mit einem Atmega644 und USB-serial onBoard. Die zweite serielle Schnittstelle dient zur Datenübertragung an die Funkbox (TTL). Über die erste kann ich mal rasch eine Diagnose- bzw. Testsoftware anschließen. Das wird am Anfang nötig sein, da ich ersteinmal die Übersetzung der Encoder herausfinden muss und dazu einige Meßreihen aufzeichne. Erst wenn das alles paßt und auch dir Frage mit dem Umlegen des Fernrohrs geklärt ist, wird die Funkbox mit den gewonnenen Ergebnissen bestückt.
Eine Hürde ist jedenfalls genommen und die war entscheidend.

Michael
 

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  • encoder_ssi_modul.pdf
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Heute habe ich die erste LED-Einheit fertig gelötet und getestet. Funktioniert alles ganz gut. Angesteuert wird die Einheit (und dann auch die zweite baugleiche) per I2c. Jeder 4er Block hat einen eigenen 7808 mit Modifikation. Damit kann man evtl. Helligkeitsunterschiede der Blöcke ausgleichen.
Die Adressen der SAA's werden über externe Spannung an einem Pin eingestellt. Dabei bekommt 1 Chip Masse, einer VCC und die anderen beiden jeweils 5/8VCC und 3/8VCC.

Wenn ich irgendwann auch die zweite Einheit fertig habe, kommt das ganze in einen Bilderrahmen mit Innenraumbeleuchtung. Auf der Vorderseite werde ich mit schwarzer Folie noch Beschriftung einarbeiten, die dann von innen beleuchtet wird.

Im Anhang findet Ihr 2 Bilder mit Größenvergleich. Ja ich weiß, nen Schönheitspreis gewinn ich damit nicht. Sieht man dann eh nicht mehr.

Heute kam auch pünktlich ein Conrad-Päckchen mit kleinen Sachen. Da kann ich mich an die Encoderbox ranmachen und evtl. am Montag ein paar Meßreihen aufnehmen.

Ich halt Euch auf dem Laufenden.
Michael
 

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Hallo Michael!

Na, das sieht doch schon super aus! :)

Wenn das Ganze nachher noch in ein schickes Gehäuse kommt, dann sieht die Technik ja sowieso fast keiner mehr. ;)

Die Adressen der SAA's werden über externe Spannung an einem Pin eingestellt. Dabei bekommt 1 Chip Masse, einer VCC und die anderen beiden jeweils 5/8VCC und 3/8VCC.

Statt der Beschreibung wäre da ein Schaltplan einfacher, hilfreicher und interessanter. ;)

Da ich auch gerade eine 7-Segement-Anzeige per I2C in Arbeit habe interessiere ich mich natürlich alles, was damit zusammen hängt.
Ich werde demnächst dazu auch ein neues Thema beginnen.....
Bei mir habe ich aber PCF8574 bzw. PCF8577 verbaut.
Die SAA`s kenne ich z.B. gar nicht. :hmmmm:
Klingt interessant, wenn man bei denen die I2C-Adresse via Spannung einstellen kann.

Verwendest du auch 57mm (56,9mm) Anzeigen?
Anhand deines Größenvergleichs mit der Ziggi-BigBox sieht mir das so aus.


Wünsche dir nun aber erst mal noch viel Spaß beim weiteren Entwickeln.

Grüße,
Cassio
 
Hallo Cassio,

den Schaltplan hab ich bereits gepostet - ein paar Einträge zurück.
Die Anzeigen sind 57mm und damit weit lesbar.

Der SAA1064 ist ein Multiplexer für 4 LEDs mit gemeinsamer Anode. Den Strom kann man per I2c auch noch beeinflussen. Ich habe mich für die Variante mit der Spannungsregulierung entschieden, damit alle 4er Blöcke etwa gleich hell sind.

Michael
 
Den Strom kann man per I2c auch noch beeinflussen. l


Hallo Michael!

Ach so.....
Dann hatte ich das vorhin beim Lesen nur falsch verstanden. :rolleyes:
Ich hatte gedacht, man kann bei den SAA`s die I2C-Adresse via Spanung ändern..... :cool:



....den Schaltplan hab ich bereits gepostet - ein paar Einträge zurück.

Ups! :eek:
Ist mir der Plan durchgerutscht? :hmmmm:

Muss ich doch gleich noch mal schauen.... ;)

Grüße,
Cassio
 
Ach so.....
Dann hatte ich das vorhin beim Lesen nur falsch verstanden. :rolleyes:
Ich hatte gedacht, man kann bei den SAA`s die I2C-Adresse via Spanung ändern..... :cool:
Auch das. Es gibt ein Adresspin, das 4 Zustände annehmen kann Masse, 3/8VCC, 5/8VCC und VCC. Das ergibt dann jeweils die Adressen 70/71, 72/73, 74/75 und 76/77 jeweils schreiben / lesen. Damit können 4 SAA's an einem I2c-Bus adressiert werden. EIne feine Sache das.

Michael
 
Gestern Abend habe ich den nächsten Meilenstein erreicht - wenn es nur nicht so bitterkalt wäre.
Diesmal wurde die Encoderbox getestet (Schaltung wurde bereits gepostet) - erfolgreich. Beide Sensoren liefern brav ihre Werte. Bevor die Encoderbox an die Senderbox rankommt, werden erst alle Berechnungsroutinen am Laptop getestet. Dafür nutze ich den USB-seriell-Wandler des Moduls. In einem C++-Programm auf dem Laptop wird dann ersteinmal alles simuliert.
Nach einigen Meßreihen hat sich gezeigt, dass die bisher angenommene Zahnradübersetzung nicht 8 sondern eher 8,2 ist. Wenn ich nur die Zähne vernünftig auszählen könnte:mad: - ist aber schwer, also wirds halt empierisch ermittelt.
Mit dem Hilfsprogramm wurden dann die beiden Offsetwerte der Achsennullstellung gesetzt und die Rohwerte in die entsprechenden Koordinaten umgerechnet. Läuft schon ganz gut.
Nächste Baustelle ist das Handling beim Umlegen des Fernrohrs auf die andere Seite. Da ist noch ein wenig Mathematik und Denksport nötig. Sollte es sich mathematisch nicht eindeutig lösen lassen, habe ich Plan B parat - einen 90° Neigungssensor am Gegengewicht. Bis jetzt sind wir aber noch optimistisch, dass es rein mathematisch lösbar ist.

Ich halte Euch auf dem Laufenden.

Michael
 
Heute kam ein Päckchen von reichelt und so konnte ich den Schaltregler testen. Danke nochmal Cassio für den Tipp. Somit sollte es keine Wärmeprobleme geben bei der Wandlung von 24V auf 5V.

Anbei die veränderte Schaltung für die Encoderbox.
 

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Heute kam die Leiterplatte für die Encoderbox, die mußte ich natürlich gleich bestücken und testen. Damit ist dieser Teil fertig.
Nächster Schritt ist die Verbindung der Encoderbox zur Funkzentrale, die dann die Rohdaten in korrekte Himmelskoordinaten umrechnet und an die Sensoren (Anzeige,...) verteilt. Da ist ersteinmal ein wenig Firmwarearbeit gefragt.
In den letzten Wochen haben wir am Teleskop die Koordinatenberechnungen getestet - mit Erfolg.
Ich werde weiter berichten.
Im Anhang ein paar Bilder der Encoderbox.

Michael
 

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Hier noch der Schaltplan der Encoderbox - diesmal mit sPlan gebaut. Ich hab mir sPlan und sprint letztens bei Reichelt geholt. Bisher hab ich mit eagle oder target gearbeitet.

Michael
 

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Hallo Michael!

Na, das sieht alles super aus! :)
Hast du die Platine geäzt, oder gefräst bzw. machen lassen?

Der Schaltplan ist auch schön übersichtlich.
Die Software erlernt man aber auch im Großen und Ganzen nebenbei.
Nur für die Tricks und Kniffe kann man mal die Hilfe durchsuchen. ;)

Es gibt in sPlan übrigens auch eine Export-Funktion.
Damit kannst du z.B. direkt ein GIF-Bild erstellen und musst den Plan nicht extra als PDF "ausdrucken".
Außerdem kann man die Bilder hier dann besser in die Beiträge integrieren. ;)


Was machst du denn jetzt mit der "falschen" Zahnradübersetzung?
Ist das Problem mechanisch auch vorhanden, oder geht es dir da nur um die Erfassung für die Elektronik?
Kannst du zur Erfassung nicht eine Millimeterscheibe (bzw. Streifen) mit Gabellichtschranke nehmen?
Die Teile kannst du auch prima aus einem alten Tintendrucker ausbauen. ;)

Ansonsten gibt es doch noch diese Folien die auf Druck ihren Widerstand ändern, wenn man von einem Ende zum Anderen "fährt".


Wünsche dir jedenfalls weiterhin viel Spaß und Erfolg!
Cassio
 

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