SelbstbauEin Stand Alone Autoguider zum selberbauen

Selbstbaudaniel schreibt:

Autoguider mit Videoeingang zum selber bauen!





Autoguider mit Videoeingang zum selber bauen!



 


Allgemeines

Der VGuider ermöglich die Nutzung von hochempfindlichen Videokameras, wie z.B. der Mintron oder Watec als Guidingkamera, ohne einen PC oder einen Framgrabber zu benötigen. Auch das sehr empfindliche und vor allem günstige Videomodul von Lechner-cctv (SK-1004X) ist als Guding Kamera gut geeignet.
Der VGuider wertet das von den Kameras bereitgestellte Videobild aus. Zur Interaktion mit dem Benutzer wird dem Videobild eine Anzeige überlagert, welche den aktuelle Status des Autoguiders enthält. Das Videobild kann dann über jeden handelsüblichen LCD Videomonitor oder Taschenfernseher mit Videoeingang dargestellt werden. In dem vom mir gebauten Gerät wurde ein alter LCD Taschenfernseher zerlegt und in das Gehäuse gemeinsam mit der Elektronik des Autoguiders eingebaut. Es ist hier aber auch denkbar den LCD Monitor separat zu betreiben.
Der Autoguider kann LX200 kompatible Steuerbefehle über die serielle Schnittstelle an die Montierung senden. Die Erweiterung um einen  ST4 Port ist auch vorbereitet. 

Features im Überblick:

- unabhängiger Autoguider mit Video Eingang (BAS, F-BAS)
- dem Video überlagerte Statusinformationen
- Ausgabe Video + Statusinfos über Videoausgang auf einen LCD Fernseher z.B. 
- Menugesteuert
- Subpixelguiding mit einstellbarer Empfindlichkeit
- LX200 kompatibel 
- serieller Port zur Teleskopsteuerung
- ST4-Port vorbereitet


Bild1: der VGuider von aussen


Bild2: VGuider von innen


Bild3: ...bei der Arbeit


1. Vorbereitungen
Nach dem Einschalten wartet das Gerät auf ein gültiges Videosignal. Wenn keine Videoquelle vorhanden ist, passiert auch am VGuider erst mal nichts. Die Status LED bleibt dunkel. Das Gerät benötigt also für seine Funktion also dringend eine Videoquelle, ohne würde der Guider ja auch keinen Sinn machen ;-) 
Ist ein Videoquelle angeschlossen, wird dies durch die Status LED signalisiert. Auf dem Bildschirm erschein das Kamerabild und diesem Überlagert die Meldungen des VGuiders.


Bild 4: Startmeldung des Vguiders

Nach der Initialisierung erscheint das Auswahlrechteck, mit welchen wir nun den Stern auswählen. Das Rechteck kann über die Tasten bewegt werden. Die Auswahl wird dann durch die Set Taste bestätigt. Der Stern sollte möglichst zentral im Rechteck stehen, vorhandene Hotpixel sollten außerhalb des Rechtecks bleiben.
Nach dem betätigen der Set-Taste gelangt man ins Hauptmenu. Durch betätigen der Auswahltasten nach Links bzw. rechts kann an Menupunkt ausgewählt und mit der Set-Taste bestätigt werden. Wenn der Guider das erste mal zum Einsatz kommt, muss zum sicheren Erkennen des Sterns der Hintergrundstrom ermittelt werden. Dazu muss das Leitrohr abgedeckt werden. Dann den Menupunkt "DUNKELSTROM ERM." auswählen und warten bis der Guider fertig ist:

Der Wert T zeigt an, wie viele Bilder bereits gemittelt wurden, der Wert D zeigt den durchschnittlichen Wert des Dunkelstroms an:



Bild5: Dunkelstromermittlung

Nun kann der Autoguider kalibriert werden. Hierfür muss die Kamera so im Okularauszug so gedreht werden das das die RA Achse, also die OST-WEST Achse, waagerecht auf dem Bildschirm liegt. Nun können wir den Menupunkt "KALIBRIERUNG" auswählen. Der Autoguider beginnt nun zuerst die RA-Achse zu steuern. Wenn er erkennt in welche Richtung der Stern wegläuft, stoppt er die Bewegung. Nun wir die DEK-Achse gesteuert, bis auch hier die Bewegungsrichtung des Sterns klar ist. 

2.Guiding

Sind alle Vorbereitungen abgeschlossen und befindet sich ein Stern im Auswahlrechteck, können wir im Menu den Punkt "STARTE GUIDING" auswählen.

 
Bild5: das Guiding ist aktiv

Die ersten beiden Werte hier 01-00 bedeuten, dass sich der Stern um eine Einheit verschoben hat. Der Wert 148 gibt die Helligkeit des Sterns an. Die beiden Werte die nach der Helligkeit folgen, also "O-", zeigen die Korrekturrichtungen an, O für Ost, W für West, N für Nord und S für Süd. Das Zeichen * bedeutet, dass ein Stern erkannt wurde. Der letzte Wert ist die maximal aufgetretene Abweichung des Sterns von seiner Ausgangsposition. Hier kann man, auch wenn man mal eingenickt sein sollte,  sofort erkennen, ob es bei der Nachführung Probleme gab. 
Um die Sensibilität der Korrekturen der Montierungen justierbar zu machen, habe ich die Befehlslängen für LX200 bzw. die Pulslängen für den ST4-Port justierbar gemacht. Eine Betätigung der Tasten nach Links bzw. Rechts  verändern das Testverhältnis bzw. die LX200 Befehlslänge. 
Wer meinen LX200 Switch einsetzt, kann mit den Tasten nach Oben bzw. Unten zusätzlich die Pulslängen direkt im Switch einstellen. (hier werden die zweckentfremdeten Fokusbefehle gesendet)
Möchte man des Guiding beenden, so muss die Set Taste gedrückt werden. Man gelangt dann wieder ins Hauptmenu.

3. Weitere Funktionen

Werte sichern
Unter dem Menupunkt "WERTE SICHERN" werden alle wichtigen Daten im EEprom des Controllers abgelegt. Bei einem Neustart werden dann die gespeicherten Daten wieder geladen. Nicht gespeichert werden die Daten für die Achsenkalibrierung, diese muss bei einem Neustart immer wiederholt werden!

Testen
Unter dem Menupunkt "TESTEN" werden die X und Y Koordinaten des Sterns im Auswahlrechteck angezeigt. Der * zeigt wieder an, dass ein Stern erkannt wurde. Danach folgt die Helligkeit des Sterns.


Bild6: Menupunkt TESTEN

Durch die Betätigung der Richtungstasten können die Achsen des Teleskops direkt manuell gesteuert werden. Verlassen kann man diesen Menupunkt wieder mit der Set Taste. 

Stern selektieren
dieser Menupunkt entspricht dem Programmteil nach der Initialisierung beim Systemstart. Hier kann wieder das Rechteck im Bildschirmbereich verschoben werden und ein Stern selektiert werden. Die Werte X und Y entsprechen den absoluten Bildschirmkoordinaten des Rechteckes. Die Set Taste wählt hier wieder den Bildschirmbereich aus und man gelangt zurück ins Hauptmenu.

Subpixeltoleranz
Hier kann die Empfindlichkeit des Subpixelguidings eingestellt werden. Über die Tasten Links bzw Rechts kann der Wert verändert werden, je höher der Wert umso unempfindlicher ist das Subpixelguiding.

 


Platine

Ein Hinweis vorweg, da ich beim Prototyp eine andere Platine verwendet hatte welche noch Fehler enthielt, habe ich das Layout komplett neu geroutet. Leider hatte ich noch keine Zeit zum testen, so dass ich im Moment nicht garantieren kann, dass das Layout frei von Fehlern ist!

Ich habe , trotz der doch etwas umfangreicheren Schaltung, das Platinenlayout einseitig gehalten. Damit ist die Herstellung der Platine relativ unkompliziert. Für die Herstellung der Platine bietet sich daher auch die Tonertransfer-Methode an.
Leider konnte ich nicht gänzlich auf Drahtbrücken verzichten, 4 Stück müsstet ihr dann unten auf die Platine löten. Die zu verbindenden Lötpunkte sind mit 1 bis 4 gekennzeichnet.

Hier also das Layout mit der Bestückung:


Bild8: Bestückung von oben

 


Bild9: Layout von oben


Bild10: Drahtbrücken

Und hier zur Komplettierung der Schaltplan des Autoguiders:


Bild11: Schaltplan

Beschreibung der Schaltung
Die mit ICSP bezeichnete Kontaktleiste ist der Port für die Programmierung des Mikrocontrollers. Da ihr aber einen fertig programmierten Chip von mir erhaltet ist diese Kontaktleite nicht unbedingt notwendig und muss nicht bestückt werden. Die Stromversorgung kommt an die mit 12V bezeichneten Kontakte. Wenn ihr die Kamera mit 12V speisen wollt oder aber eine extra Stromversorgung nutzen wollt,  könnt ihr auch die Spannungsreger für 9V (7809) und den Kondensator C13 unbestückt lassen. Ansonsten müsst ihr dann an den Kontakten "Kamera Modul" die 9V Spannungsversorgung der Guidingkamera abgreifen. 
Die beiden  mit J8 bezeichnete Kontakte sind zum Anschluss des Piezo Tongebers gedacht. Achtung der Piezo ist ein gepoltes Bauteil, also auf + und - achten!
Der Video-Ein bzw. -Ausgang ist dann an J9 zu finden. Der Ein- und Ausgang ist parallel geschaltet, es ist also egal wo hier was angeschlossen wird.
Die J6 Kontakte sind für die Tasten. Die Tasten schalten gegen +5V. Hier sind als Tasten Schließer einzusetzen, also Tasten, die im Ruhezustand offen sind.

Beschaltung Kontakt J6:

von oben nach unten: SET; HOCH, RUNTER, LINKS, RECHTS, +5V

Die J7 Kontakte verbinden die Leuchtdioden für die einzelnen Richtungen.

Beschaltung Kontakt J7:

von oben nach unten: +5V, NORD, SÜD, OST, WEST, BETRIEB

Bleibt dann noch J2:

von Links nach rechts: TX (Senden), RX (Empfangen), Masse
Der Serielle Anschluss (Buchse) wird dann so beschaltet:


PIN3-TX, PIN2-RX, PIN4 und 5 verbinden, PIN8 und 7 verbinden

ST4 Erweiterung

noch in Arbeit!

Stückliste

PartValueDeviceBestellnummer
Reichelt
    
C122pfC2.5/2CY 22-2 22P
C222pfC2.5/2CY 22-2 22P
C3100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
C4100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
C5100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
C6100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
C710ufCPOL-EUE2,5-6ERAD 10/35
C810ufCPOL-EUE2.5-6RAD 10/35
C910ufCPOL-EUE2.5-6RAD 10/35
C1010ufCPOL-EUE2.5-6RAD 10/35
C1110ufCPOL-EUE2.5-6RAD 10/35
C12100ufCPOL-EUE2.5-7RAD 100/16
C14560pfC5/2.5RADKERKO 560P
C15100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
C16220ufCPOL-EUE2.5-7RAD 220/16
C17100nfC5/2.5MKS-2-5 100N
D11N41481N40041N 4148
D21N41481N40041N 4148
D31N41481N41481N 4148
IC1LM1881LM1881LM 1881 DIP
IC2MAX232MAX232MAX 232 CPE
IC3780578XXLµA 7805
IC5780978XXLµA 7809
J1ICSPMTA05-100aus 32.Pol .Stiftleiste 
J2SerialMTA03-100aus 32.Pol .Stiftleiste 
J3ST4_ConMTA05-100aus 32.Pol .Stiftleiste 
J4MTA02-1561X2MTAaus 32.Pol .Stiftleiste 
J5MTA02-1561X2MTAaus 32.Pol .Stiftleiste 
J6MTA06-10010X06MTAaus 32.Pol .Stiftleiste 
J7MTA06-10010X06MTAaus 32.Pol .Stiftleiste 
J8MTA02-10010X02MTASL 1X32G 2,00
J9VideoIn/OutLötösen
Q14MhzXTAL4,0000-HC18
Q3BC557BC557BC 557B
R120kR-EU_0207/101/4W 20K
R2680kR-EU_0207/101/4W 680K
R3
330

R-EU_0207/101/4W 330
R4
75

R-EU_0207/121/4W 75
R53,6kR-EU_0207/101/4W 3,6K
R68,2kR-EU_0207/101/4W 8,2K
R7220R-EU_0207/101/4W 220
R8100R-EU_0207/101/4W 100
R9100R-EU_0207/101/4W 100
R10120R-EU_0207/101/4W 120
R11150R-EU_0207/101/4W 150
RN14k SILE5RSIL 10-5 3,9K
RN21k SILE5RSIL 10-5 1,0K
STATUS_LEDLED5MMLED5MMLED 3MM 5V RT
T2BC547BC547BC 547B
U$1PIC18F2550-mit VGuider SoftwarePIC18F2550-I/SP 
Bezugsquellen für die Bauteile:
Reichelt Elektronic, Conrad Elektronic, Segor

Inbetriebnahme

Bei der ersten Inbetriebnahme sollte die Platine über ein Stromessgerät in Reihe mit der 12V Stromversorgung angeschlossen werden. Beim einschalten sollten nicht mehr wie 100mA (ohne Kamera und Monitor!) fließen. Fließt hier mehr Strom sofort die Spannungsversorgung trennen und nach dem Fehler suchen. Auch ein wesentlich geringerer Strom deutet auf einen Fehler hin. 
Ohne Video Display und Kamera könnt ihr die Funktion der Schaltung über die serielle Schnittstelle prüfen. Schließt den VGuider dazu über ein Null Modem Kabel an den Computer an und startet dort ein Terminal-Programm. (Einstellung COM Port: 9600Baud, 8 Bit, keine Parität, 1 Stopbit)  Nach dem einschalten des V-Guiders sollte sich hier das Gerät mit einer Eingabeaufforderung melden.
Der VGuider arbeitet bis auf die Ausgaben über den seriellen Port ohne Videoquelle (Kamera) nicht. Weitere Tests können also nur komplett mit Videokamera und einen Videomonitor stattfinden!


Programmierte PIC18f2550 Mikrokontroller und Platinen können hier bestellt werden:        

e-Mail: Daniel.Weitendorf@t-online.de
                           

 Downloads                            



Stromversorgung:12V
Stromaufnahme:  70 mA (ohne Display) Display etwa 250mA, Kamera
SK-1004X 100mA an 9V
Betriebstemperaturbereich: -20...+70 Grad Celsius
Taktfrequenz: 48Mhz
Mikrocontroller: PIC18F2550
Serieller Port: 9600Baud, 8 Bit, keine Parität, 1 Stopbit (Autoguiding), 
Software: programmiert in C mit embedded PIC-Assembler, letzter Versionsstand V1.1 (09.2008)

 


Der Autor dieses Artikels haftet nicht für Schäden, die durch den Aufbau, oder den Betrieb, des oben beschriebenen Gerätes entstehen! Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr.


Wie immer soll über den Artikel diskutiert werden und das macht bitte hier


e-Mail: Daniel.Weitendorf@t-online.de
  
Texte, Bilder und Webdesign © Copyright  2003-2008 Daniel Weitendorf. Sie dürfen ohne ausdrückliche Genehmigung des Autors in keiner Form kopiert, veröffentlicht übertragen oder reproduziert werden.

  
Geschrieben von daniel auf Sonntag, 26.Oktober. @ 09:31:10 CET


 
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