Rastreador de estrelas 'Scotch Mount' com Arduino para astrofotografia: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Eu aprendi sobre o Scotch Mount quando era mais jovem e fiz um com meu pai quando eu tinha 16 anos. É uma maneira simples e barata de começar a astrofotografia, que cobre o básico antes de você entrar nas complicadas questões do telescópio de foco principal, rastreamento fora do eixo, etc. Quando eu fiz esta montagem pela primeira vez nos anos 90, eu tive que usar uma câmera de filme e fazer com que o filme fosse revelado na loja de câmeras local, foi um processo caro e longo (tire as fotos, use o rolo inteiro, deixe-o cair, alguns dias depois pegue e veja os resultados), é muito mais rápido, mais barato e fácil de aprender por tentativa e erro agora com câmeras digitais. Você pode ver algumas fotos antigas de 1997 na última etapa.

O design que usei naquela época e hoje veio deste livro Star Ware:

Para este Instructable, também um repositório Github para todos os ativos do Arduino: Código, Esquemático e lista de peças com URLs.

github.com/kmkingsbury/arduino-scotch-mount-motor

A montagem Scotch funciona com um princípio muito simples de girar a roda do relógio em determinados momentos, mas, como aprendi, a estabilidade desempenha um papel importante na forma como as fotos saem. Girar a roda do relógio em um design instável ou frágil, especialmente em zooms altos, introduz rastros de estrelas e tremulação na foto. Para superar isso e tornar todo o processo mais fácil e automatizado, criei uma unidade de motor simples baseada em Arduino baseada em um motor DC e algumas engrenagens de plástico (eu tirei uma das minhas de um helicóptero de brinquedo quebrado).

Existem outros instructables para o Scotch Mount ou Barndoor Tracker, mas para o meu projeto eu queria o suporte pequeno e portátil para que eu pudesse jogá-lo em uma mochila e levá-lo para áreas remotas longe da poluição luminosa de Austin TX.

Etapa 1: 'Disseram-me que não haveria matemática!'

A Terra gira cerca de 360 ° em 24 horas; se dividirmos isso, é 15 ° em uma hora, ou 5 ° em 20 minutos.

Agora, o parafuso 1 / 4-20 é uma peça comum de hardware, tem 20 roscas em uma polegada, portanto, se for girado a uma taxa de 1 revolução por minuto, levará 20 minutos para percorrer essa 1 polegada.

A trigonometria nos dá o número mágico para o orifício da roda do relógio, que está a 11,42 polegadas (ou 29,0 cm) do nosso ponto de articulação no centro da dobradiça.

Etapa 2: Materiais

Scotch Mount:

• Placa superior, 3 polegadas por 12 polegadas (3/4 polegadas)
• Placa inferior, 3 polegadas por 12 polegadas (3/4 polegadas)
• Dobradiças, recomenda-se uma dobradiça longa de 3 polegadas, certifique-se de que é uma dobradiça sólida sem muito "folga", usei duas dobradiças simples, mas há muito movimento e posso trocá-las por uma dobradiça mais sólida.
• Parafuso tangente, parafuso de cabeça redonda de 1 / 4-20 por 4 polegadas de comprimento
• 2 x porca Tee, rosca interna 1 / 4-20
• Olhos de parafuso e elástico
• Cabeça do tripé (compre uma leve, mas certifique-se de que é sólida, você não quer uma montagem barata deixando cair uma câmera cara ou afrouxando e caindo durante uma foto).
• Engrenagens da roda do relógio (usei 3: uma pequena para o motor, a intermediária que tem um pequeno e um grande e a grande para a própria roda do relógio).
• Suportes de plástico para o suporte do motor. Comecei com 1 "e cortei-os no tamanho que eu precisava, uma vez que tinha as alturas certas.
• Contraplacado fino de hobby - para montagens de motor e engrenagens (usei uma placa de circuito da Radioshack, fina, leve e forte o suficiente, use o que funcionar melhor).
• Molas sortidas (eu costumava auxiliar as engrenagens / parafusos e manter as engrenagens alinhadas). Peguei um par de Lowes e tirei outras de canetas esferográficas e cortei-as no tamanho certo.
• Arruelas sortidas para evitar que as peças móveis colidam com a madeira.
• Suporte simples para montagem do motor.

Arduino Motor Driver (peças específicas estão na lista de peças do Github com URLs de onde você pode obtê-los online):

• Arduino
• Motor Drive
• Motorista de motor H-Bridge 1A (L293D)
• botão de apertar
• botão liga / desliga

Etapa 3: medir e cortar as placas superior e inferior

Meça 30 cm em cada placa, marque, corte e lixe as bordas.

Etapa 4: faça furos e adicione hardware

Há um monte de furos para fazer e devido à medição precisa necessária, eu recomendo que você faça a Clockwheel por último (para que você possa medir os 29 cm exatamente fora da dobradiça)!

Dica: Eu recomendo bater no orifício usando um punção para ajudar a guiar o orifício no local certo.

Você vai fazer os seguintes furos:

• Dobradiças - Não aparafuse apenas porque a placa pode rachar, faça os furos nas bordas de ambas as placas, o furo depende do tamanho do parafuso da dobradiça, meça o parafuso e use uma broca um pouco menor.
• O Clockwheel - a 29 cm do centro do pino da dobradiça, receberá uma porca em T, a localização desse orifício é fundamental para que a prancha e o céu girem na mesma velocidade quando o parafuso é girado a 1 rpm. A porca T deve estar no lado voltado para baixo da placa (em direção ao solo).
• Cabeça do tripé - centralizada na placa superior, o tamanho depende da cabeça do tripé. Também usei uma arruela na minha para mantê-la confortável.
• Suporte para tripé - Centrado na placa inferior, 5/16 polegadas e este orifício receberá uma porca em T. A porca T também deve estar no lado voltado para baixo da placa (em direção ao solo).

Ao adicionar as porcas T, eu recomendo que você coloque um pouco de cola antes de martelar, e martele delicadamente. Comecei uma rachadura na minha prancha inferior (veja a foto) que eu tive que consertar.

Quando você o monta em um tripé, o orifício de montagem do tripé e a porca em T recebem mais estresse (torqueado para frente e para trás com o peso da câmera em ângulos) de modo que a porca T provavelmente se solte ou saia inteiramente, então faça certifique-se de colar adequadamente e tente manter o peso centralizado ao usar o suporte. Uma boa montagem estável é crucial para fotos sem rastros de estrelas / oscilações.

Etapa 5: montagem do motor e engrenagens

Primeiro cole uma porca 1 / 4-20 padrão em uma das engrenagens, esta será a engrenagem principal do clock-drive, usei uma quantidade generosa de Gorilla Glue para isso (você pode ver na foto).

Em segundo lugar, cole uma engrenagem pequena na outra engrenagem grande, esta é a nossa engrenagem intermediária, usei um prego de madeira cortado simples como eixo.

Monte o motor em um suporte (eu amarro o zíper e depois colo quando tiver o alinhamento correto).

A configuração é que o motor gire a engrenagem grande em uma taxa relativamente rápida (1 rev / 5 segundos ou mais), isso é conectado à engrenagem minúscula, que se move na mesma taxa. A engrenagem minúscula se alinha à engrenagem principal do relógio, mas como as circunferências são diferentes, a engrenagem da roda do relógio gira a uma taxa muito mais lenta. Estamos visando uma velocidade de 1 rev / min e o motor gira um pouco rápido demais para isso. Então, usando um "liga e desliga" no código do Arduino, consegui desacelerar a marcha. Esta configuração é chamada de Gear Train e você pode aprender um pouco mais sobre ela aqui (https://science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/gear-ratio3.htm). Você terá que experimentar quais valores funcionam para ligar e desligar o tempo para fazer a engrenagem girar na taxa correta para seu motor e engrenagens.

Você precisa de um bom alojamento para manter tudo alinhado e girando suavemente. Tome cuidado para alinhar seus orifícios e use molas e arruelas para manter as engrenagens movendo-se em superfícies lisas e não esbarrando em nenhuma das placas. Isso provavelmente me levou a maior parte do tempo fora do projeto.

Etapa 6: Circuito do motor

O circuito é muito simples, com a maioria das conexões indo para o driver do motor H-Bridge, use a imagem anexada ou um arquivo de projeto Fritzing está incluído no pacote do Github também.

Um botão foi adicionado para inverter a direção (ou você pode "rebobinar" a roda do relógio com a mão também).

A chave liga / desliga tornou mais fácil ligar e desligar a unidade quando ela não está em uso / desenvolvimento, você também pode simplesmente puxar a energia do Arduino.

A direção do motor depende de como ele foi conectado, se você estiver girando na direção errada, apenas inverta a polaridade.

Etapa 7: resultado final, dicas e truques

E use! Alinhe o tripé, mire a estrela do Norte abaixo da dobradiça, com a dobradiça no lado esquerdo da configuração (caso contrário, você seguirá na direção oposta).

Tente manter toda a configuração equilibrada e estável. Não toque nele durante as fotos ou puxe os cabos (use um gatilho remoto para sua câmera) e tente usar técnicas como o bloqueio de espelho (se sua câmera suportar) para obter fotos nítidas e sem tremores. Existem muitos tutoriais disponíveis sobre astrofotografia e você aprenderá rapidamente com a experiência.

As imagens mostram duas fotos que fiz usando toda a configuração, isso foi nos subúrbios poluídos de Austin, TX, em uma noite não muito clara, mas ficaram ótimas. Orion tinha cerca de 2,5 minutos de duração e a foto maior do céu tinha 5 minutos (mas era muito longa devido à quantidade de poluição luminosa e teve que ser reduzida no Lightroom). Há também 3 imagens do cometa Hale-Bopp de 1997, com uma montagem girada à mão e também com uma câmera de filme tradicional. Você pode ver o que as vibrações ou um alinhamento incorreto podem causar na foto.

Dicas e reflexões finais:

• Câmeras e vidros nas lentes são PESADOS, tive que usar molas para tentar tirar o peso da engrenagem do relógio e auxiliar as engrenagens. O motor que eu usei não tinha uma quantidade absurda de torque / potência, então se houvesse muito peso ou as engrenagens estivessem niveladas nas placas, então seria difícil girar a engrenagem ou travaria diretamente. Um motor mais forte ajudará, mas era exatamente o que eu tinha disponível.
• O alinhamento polar é a chave. A configuração rastreará incorretamente se não estiver alinhada corretamente. Você precisa de um tripé robusto, equilibrado e centralizado (um com nível de bolha ajuda)!
• Há um erro inerente à montagem tangente que aparece em exposições mais longas, você pode usar uma câmera corretiva para ajustá-la, encontrada aqui: https://www.astrosurf.com/fred76/planche-tan-corrigee-en. html. Não estou preocupado com isso porque estou usando uma lente muito grande angular (20 mm em comparação com 50 mm) e durações de cerca de 5 minutos no máximo.
• A astrofotografia é inerentemente difícil e frustrante. Não saia esperando fotos incríveis da primeira vez, há uma curva de aprendizado, com certeza equipamentos mais caros e precisos podem ajudar, mas não se você não souber ou não apreciar como funcionam. Mas comece pequeno, domine o básico, então você saberá como usar o equipamento caro e será capaz de usá-lo bem. Você ainda pode obter ótimas fotos com configurações simples. As fotos antigas de 1997 foram "as melhores" de cerca de 100 fotos, então foi um processo de aprendizado. Com o Digital você pode tirar foto após foto e aprender com seus erros e vitórias para refinar suas habilidades.

Obrigado pela leitura, se você gostaria de ver mais fotos e vídeos de meus projetos do que verificar meu Instagram e canal no YouTube