Planchette équatoriale : Fournitures

Petit schéma indiquant sommairement les fournitures pour réaliser la planchette équatoriale. On est d'emblée frappé par le déséquilibre entre le faible coût de l'ensemble et celui du moteur pas-à-pas utilisé. C'est un Nema 11 non captif qui coûte plus de trente euros. Auxquels il convient de rajouter le prix de son driver DRV8825 selon le plan de câblage utilisé. J'ai donc en projet une version utilisant une motorisation à faible coût grâce à un ensemble moteur/driver n'excédant pas dix euros : un moteur pas-à-pas 28BYJ-48. Affaire à suivre. 

💫 Astrophotographie 💫 DRV8825 💫 Instrumentation astronomique 💫 Moteur pas à pas 💫 Planchette équatoriale 💫 Suivi stellaire 💫

 

Planchette équatoriale : Version 1

Voici donc la planchette équatoriale. C'est assez simple à fabriquer. Deux demi-journées suffisent. Mais finalement pas si simple du fait de la motorisation. Ici, j'ai fait le choix d'un moteur non captif. Ainsi le moteur est fixe, mais cela impose un système bloquant la rotation de la vis mère. Ce blocage est assuré par un petit cube de bois fixé à l'extrémité de la vis mère et qui chemine dans une entaille de la planche supérieure. En utilisant un moteur standard, il n'y aurait plus besoin de ce système de blocage ; par contre le moteur devra être mobile. Il faudrait concevoir un système de rail afin de permettre la progression du moteur au fur et à mesure de la progression de la vis mère. 

 

La planchette équatoriale. La motorisation est assurée par un moteur pas à pas Nema 11 non captif piloté par une carte Arduino et son code et via un blindage dédié.

 

💫 Arduino 💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique 💫 Moteur pas à pas 💫 Planchette équatoriale 💫 Suivi stellaire 💫

 

Monture allemande : Motorisation

L'intérêt de la petite monture allemande réalisée en goBilda est de découvrir la motorisation deux axes : l'axe d'ascension droite (ou alpha) et l'axe de déclinaison (ou delta). L'objectif est d'optimiser le programme Arduino qui gérera les deux moteurs pas à pas d'asservissement de la monture. L'axe alpha doit tourner en permanence de façon à assurer le suivi stellaire mais avec la possibilité d'accélérer et de ralentir afin d'assurer les corrections d'erreur de suivi. Le moteur de l'axe delta est à l'arrêt mais doit pouvoir être mis en marche dans un sens ou dans l'autre afin de corriger les erreurs de mise en station.

La solution la plus simple (et donc la plus efficace) est le contrôle des corrections par quatre boutons poussoir (ralentir alpha, accélérer alpha, sens horaire delta, sens anti horaire delta). J'opte pour un contrôle par joystick. C'est plus compliqué mais cela me faisait rêver du temps de mon télescope Pierre Bourges.

Voici la planche de prototypage câblée pour un pilotage de deux moteurs pas-à-pas par un joystick, qui demeurent à l'arrêt tant que le joystick n'est pas actionné. Il me reste donc à modifier le code Arduino de façon à obtenir un asservissement d'une monture équatoriale.

J'indiquerai le plan de câblage et le code Arduino lorsque tout cela sera au point et testé. Le montage s'inspire largement d'un blog italien. 

💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique 💫 Monture équatoriale 💫 Moteur pas à pas 💫 Suivi stellaire 💫

 

Planchette Equatoriale : Maquette

J'avais déjà mentionné que j'utilise la solution de la maquette en carton pour la conception des instruments astronomiques. Voici la maquette de la planchette équatoriale. Sa conception repose sur les contraintes qui sont : la longueur de la vis mère du moteur pas-à-pas (150 mm), le pas de la vis mère (résolution / pas: 0.024384mm) et la longueur des compas d'abattant (117.5 mm). Le pas de la vis mère est indiqué dans les spécifications du moteur pas-à-pas. Selon les calculs de suivi sidéral déjà exposés pour le Star Tracker, la distance entre la charnière et la position de la vis mère doit être de 209 mm pour que la vitesse de 20 µpas/sec entraîne une vitesse de rotation sidérale de la planchette équatoriale.

Finalement, les deux plateaux supérieurs feront 30 x 20 cm et le plateau inférieur 30 x 25 cm. 

💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique 💫 Moteur pas à pas 💫 Planchette équatoriale 💫 Suivi stellaire 💫

 

Observation : Grande Conjonction

Fenêtre météo inespérée afin d'observer la Grande Conjonction du 21 décembre 2020... le 23 ! Mais Jupiter et Saturne sont encore tellement proches qu'elles apparaissent encore ensemble dans le champ du T114 posté dans le jardin public du coin, en plein centre ville. Photo prise au vol, appareil tenu à la main derrière l’oculaire le tout dans un vent terrible.

💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique 💫Télescope Newton 💫

Star Tracker : Liste des pièces

Voici la liste des pièces de structure goBilda afin de réaliser le Star Tracker dans sa deuxième version la plus complète incluant le système de visée polaire et la monture.

 

💫 Astrophotographie 💫 goBilda 💫 Instrumentation astronomique 💫 Monture équatoriale 💫 Moteur pas à pas 💫 Motorisation télescope 💫 Star tracker 💫 Suivi stellaire💫

 

Monture allemande : mécanique

Une des étapes de la démarche globale est la réalisation d'une petite monture équatoriale allemande en structure goBilda, un meccano de geek bien pratique dont j'ai déjà parlé. La voilà quasi terminée. Il s'agit d'une simple évolution du Star Tracker. Ce dernier ne comporte qu'un seul axe, l'axe d'ascension droite. La monture allemande comporte le deuxième axe, l'axe de déclinaison. La réalisation de cette monture m'a permis de mieux maîtriser l'architecture goBilda. Elle me permettra aussi de mettre au point la motorisation à la fois de l'axe d’ascension droite pour le suivi stellaire mais aussi de l'axe de déclinaison, porte ouverte à un système astrophotographique performant. Elle est dimensionnée afin d'accueillir le Newton T114/450.

 

💫 Astrophotographie 💫 Entraînement de télescope 💫 goBilda 💫 Instrumentation astronomique 💫 Monture équatoriale 💫 Motorisation de télescope 💫 Suivi stellaire
💫

 

Star Tracker : Deuxième version finalisée

Voici la deuxième version finalisée du Star Tracker. Elle est réalisée en goBilda. Cette version est ici complète avec la monture qui permet la fixation sur un trépied ou un établi pliable (très pratique). Elle permet la visée polaire comme je l'ai déjà présentée mais aussi l'ajustement de l'angle de l'axe d'ascension droite autour de 45°, en plus et en moins. Elle comporte aussi le boîtier de l'électronique de l'entraînement et le câble asservissement du moteur pas à pas contrôlé par un Arduino et son programme. 

Version "finalisée" sauf qu'il faudra bien faire évoluer l'alimentation vers une version sur batteries. 

💫 Arduino 💫 Astrophotographie 💫 goBilda 💫 Instrumentation astronomique 💫 Moteur pas à pas 💫 Motorisation télescope 💫 Star tracker 💫

Newton T200 : le miroir

 Voici le miroir du T200 avec son barillet d'origine. Seuls éléments restant d'un télescope de type "Pierre Bourge" réalisé dans les années 80. Un nettoyage s'impose. 

💫 Astronomie amateur💫 Instrumentation astronomique 💫 Miroir 💫 Optique astronomique 💫 Télescope 💫 

Star tracker : Boîtier électronique

Si les câbles peuvent facilement devenir le maillon faible d'un instrument astronomique de fabrication amateur, il en est de même du boîtier de l'électronique de contrôle. Une bonne solution est la récupération de toutes sortes de boîtes pour n'avoir plus qu'à choisir la plus appropriée le moment venu. Voici le boîtier du Star Tracker réalisé avec une boîte de récupération. Elle s'ouvre facilement et permet donc de manipuler le bouton poussoir de rembobinage lorsque le boîter est utilisé avec la planchette équatoriale.

💫 Arduino💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique💫 Moteur pas à pas 💫 Motorisation télescope💫 Planchette équatoriale💫 Star tracker💫 

Star Tracker : Viseur polaire

 Dans un billet précédent j'indiquais que le Star Tracker permettait la visée de l'étoile Polaire afin de réaliser la mise en station. Je détaille ici le principe du système : le plateau porte instrument situé à l'extrémité de l'axe d'ascension droite (le seul axe d'un star tracker d'ailleurs) est constitué de deux plateaux reliés par une charnière. En position fermée (les deux photos supérieures), la rotule de l'appareil photo se trouve aligné avec l'axe d'ascension droite, elle empêche alors la visée Polaire. En position ouverte (les deux photos du bas), la rotule est basculée et l'axe d'ascension droite est dégagé permettant la visée Polaire.

 

💫 Ascension droite 💫 Astrophotographie 💫 goBilda 💫 Mise en station 💫 Viseur Polaire 💫

 

Planchette équatoriale : Câble

Tout asservissement électronique impose un ou plusieurs câbles. Ils ne sont pas à négliger au risque d'être le maillon faible d'un système. Leur réalisation est souvent délicate. Celui de l'électronique de contrôle de la planchette équatoriale (ou du star tracker) est réalisé avec une natte de quatre fils souples récupérée, protégée par une gaine tressée. La connexion est assurée par des fiches audio. La finition est assurée par de la gaine thermorétractable.

 

💫 Astrophotographie 💫 Instrumentation astronomique 💫 Motorisation télescope 💫 Planchette équatoriale 💫

 

Planchette équatoriale : Blindage Arduino

Après le plan de câblage et la planche de prototypage, il convient d'évoluer vers le montage électronique définitif. Il s'agit d'une simple évolution du blindage du Star Tracker. Ce dernier ne fait qu'assurer la rotation en permanence du moteur pas à pas d'entraînement équatorial alors que le blindage de la planchette équatoriale permet le rembobinage de la vis mère. On voit les ajouts sur la photo avec un bouton poussoir, une résistance et la connexion avec la pin 8 de l'Arduino. Le nouveau blindage est testé avec la routine Arduino proposée pour la Planchette équatoriale. Mais il est aussi testé avec la routine Arduino du Star Tracker et cela fonctionne aussi très bien puisque elle ne fait pas intervenir la pin 8.

💫 Arduino 💫 DIY 💫 DRV8825 💫 Instrumentation astronomique 💫 Moteur pas à pas💫 Motorisation télescope 💫 Planchette équatoriale 💫

Hommage

 

 

 

Le T-shirt phare des années 80, hommage à mon club de jeunesse

 

💫 Astronomie amateur 💫 Cala 💫 Club d'astronomie 💫 Initiation 💫  

Planchette équatoriale : Code Arduino

Comme dans le cas du Star Tracker, le code utilise la bibliothèque AccelStepper qui doit donc être installée dans le logiciel Arduino du PC (voir le billet concernant le code du Star Tracker). Le code inclut la gestion d'un bouton poussoir qui permet le rembobinage de la tige filetée en fin de course. Enfin, je compte faire évoluer ce code afin d'intégrer une gestion logicielle de la dérive progressive du suivi due à l'absence de conversion du mouvement linéaire de la tige filetée en un mouvement circulaire de suivi stellaire... mais nous verrons cela plus tard.

En attendant, voici le code :

/*Routine Arduino pour Planchette équatoriale avec moteur pas à pas, 
driver de moteur DRV 8825, microstepping à 32 µpas par pas, 
utilisation de la bibliothèque de fonctions "accelstepper" 
Rotation continue
Rembobinage par bouton pressoir
Voir le blog "Astronomie par les trois bouts" : 
https://astronomiebbb.blogspot.com/ */

// Inclut la bibliothèque "AccelStepper" :
#include <AccelStepper.h>

// Définit les connections Arduino destinées au contrôle du moteur pas à pas :
#define dirPin 2
#define stepPin 3
// Définit l'utilisation d'un driver (attribution de 1 au type d'interface) :
#define motorInterfaceType 1
// Définit la connection Arduino destinée au microstepping :
#define M012 4

// Création du moteur dans le code Arduino :
AccelStepper stepper = AccelStepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin);
 
void setup() {
  // Déclare la pin 8 comme lecture du bouton poussoir
  pinMode(8,INPUT);
  // Fixe la vitesse maximale du moteur (indispensable) :
  stepper.setMaxSpeed(1000);
}

void loop() 
{
if(digitalRead(8) == 1)
  {
   // Fixe le microstepping :
  pinMode (M012, OUTPUT);
  digitalWrite (M012, HIGH);
   // Fixe la vitesse de rotation en nombres de pas par seconde :
  stepper.setSpeed(20);
  // Fait tourner le moteur à la vitesse définie par setSpeed():
  stepper.runSpeed();
  }
if(digitalRead(8) == 0)
  {
  // Inactive le microstepping :
  pinMode (M012, OUTPUT);
  digitalWrite (M012, LOW);
  // Fixe la vitesse de rotation en nombres de pas par seconde :
  stepper.setSpeed(-100);
  // Fait tourner le moteur à la vitesse définie par setSpeed():
  stepper.runSpeed();
  }
}

Planchette équatoriale : Plan de câblage

L'électronique de la future planchette équatoriale contrôle la vitesse de rotation du moteur pas à pas qui l'asservit. Elle intègre aussi un bouton poussoir dont la pression supprime le mode de micro-pas du moteur et inverse le sens de rotation de ce dernier. Ainsi, la pression du bouton permet le rembobinage de la tige filetée d’entraînement lorsqu'on est arrivé en bout de course.

C'est le fil blanc qui assure le mode micro-pas. En fonctionnement normal, ce fil est alimenté par l'Arduino. En mode rembobinage, il n'est plus alimenté augmentant ainsi considérablement la vitesse du moteur. La résistance du bouton poussoir est de 3,3 kilo Ohms.

 

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Planchette équatoriale : Motorisation

 La motorisation de la future planchette équatoriale pourrait se faire par la même électronique que celle du Star Tracker (cf le plan de câblage de ce dernier). Cependant, il est intéressant d'intégrer une fonction de rembobinage de la tige filetée (où vis mère du moteur pas à pas) lorsqu'elle arrive en fin de course. Concevoir cette fonction, c'est s'ouvrir la possibilité de contrôler la vitesse et la direction du moteur. De belles perspectives pour un futur système entraînement d'un télescope. 

 

Étude de l'électronique de contrôle du moteur pas à pas d'entraînement d'une planchette équatoriale avec un bouton poussoir pour le rembobinage en fin de course. J'indiquerai le plan de câblage et le programme Arduino dans de futurs billets.

Je me suis largement inspiré d'exemples d'utilisations d'un driver de moteur appelé EasyDriver.

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Star tracker : Deuxième version

Deuxième version quasi définitive du Star Tracker ici en ordre de marche. Elle permet la visée polaire (cf billet du 01/12/20) mais aussi l'ajustement de l'angle de l'axe d'ascension droite autour de 45°. Je reviendrai sur la conception lorsque cette version 2 sera aboutie.

 

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Observation : Test de suivi lunaire

Dans le billet du 02 décembre 2020 j'indiquais le calcul de vitesse de rotation du moteur d'entrainement de l'axe d'ascension droite pour effectuer un suivi lunaire. La nuit du 28 au 29 novembre, veille de Pleine Lune, fut l'occasion de tester ce suivi avec le Star Tracker (qui porte ici bien mal son nom). Voici un film réalisé à partir de 120 clichés pris à 1 min d'intervalle au zoom du Lumix G avec une focale de 140 mm (équivalent de 280 mm en 24x36) ; F/D = 5,6 ; 1/1000 s ; 200 ISO en monochrome. La Lune passe à travers les branches d'une bignone.

 

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Monture allemande : Motorisation

La récupération fait partie intégrante de la démarche de l'astronome amateur bricoleur, bidouilleur, bigourdineur. Le grossissement d'un télescope accentue les défauts d’entraînement et la roue dentée du Star Tracker s’avérera probablement insuffisamment précise pour la monture allemande. Il faudra donc gagner en précision. Je récupère la motorisation d'un pousse seringue électrique qui comporte un moteur pas à pas, un réducteur et une vis mère. Ce système permettra l'entraînement de l'axe d'ascension droite par un secteur lisse avec une motorisation de précision.

💫 Astrophotographie 💫 Entraînement de télescope 💫 Secteur lisse 💫 Monture équatoriale 💫 Moteur pas à pas 💫

 

Motorisation : Calcul de suivi sidéral et lunaire

Pour ne pas dire calculs sidérants et lunatiques ! 

Pour un suivi stellaire performant, il convient de déterminer la vitesse de rotation du moteur pas à pas (dans mon cas un Nema 8 avec réducteur). Dans le code Arduino du Star Tracker vous pouvez voir que cette vitesse est fixée à 46.924 pas par seconde. Voici comment arriver à ce résultat. Les spécifications du moteur pas à pas m'indiquent qu'un pas fait 1,8° donc le moteur fait un tour complet en 360/1,8 = 200 pas. Le câblage est prévu pour que le moteur fonctionne en micropas avec 32 µpas/pas. Le moteur fait donc un tour complet en 200 x 32 = 6400 µpas. La roue dentée de l'axe d'ascension droite a 105 dents et le pignon a 15 dents, le ratio est donc de 105/15 = 7. Les spécifications du motoréducteur m'indiquent que le ratio du réducteur est de 90,25 (il faut 90,25 tours de moteur pour obtenir un tour de l'axe de sortie du réducteur). Le ratio total est donc de 90,25 x 7 = 631,75 (il faut 631,75 tours de moteur afin d'avoir un tour d'axe d'ascension droite). Il faut donc 6400 x 631,75 = 4 043 200 µpas pour un tour d'axe d'ascension droite. Cet axe doit faire un tour en un jour sidéral, soit en 23h 56 min 4,4 s ou bien 86164,4 s. La vitesse du moteur doit donc être 4 043 200 / 86 164,4 = 46,924 µpas/s.

Pour un suivi lunaire, il convient non pas de diviser par la durée du jour sidéral mais par la durée du jour lunaire moyen soit 4 043 200 / 88 500 = 45,686 µpas/s

De gauche à droite : le motoréducteur (en noir le moteur et en bleu le réducteur de ratio 90,25), le pignon 15 dents et la roue dentée 105 dents
 

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