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StepperFocuser Rev.2

 

In vielen Astroforen wird der ROBOFOCUS hoch gelobt und von vielen Händlern angepriesen. Prinzipiell ist der auch super, wenn da nicht der hohe Preis jenseits der 400.-Euro wäre. Ziel dieses Projektes ist die Eentwicklung eines zum Robofokus kompatiblen Fokusers, der für weit unter 100.- Euro realisiert werden kann.

Supportanfragen bitte per Mail oder unter www.astrotreff.de
auf www.astronomie.de bin ich der Zensur der Admins zum Opfer gefallen

 

 

Einführung

Nachdem mein LXFocuser prima funktioniert und ich von anderen Sternfreunden viele Anregungen bekam, was man alles so verbessern könnte, habe ich mich daran gemacht, einige Anregungen umzusetzen.
Mein neues Projekt wurde erst mal umbenannt in StepperFocuser Rev.2 um zum einen darzustellen, daß es die 2. Version ist und daß nun nicht mehr nur zwingend das LX200 Protokoll verwendet wird. Ich möchte nämlich unterschiedliche Firmwareversionen für unterschiedliche Protokolle (Robofocus,Smartfocus usw.) zur Verfügung stellen. Dadurch dürfte der Focuser dann universell einsetzbar sein. Weiterhin werden alle benötigten Informationen (Layouts, Firmware usw) die für einen Selbstbau nötig sind veröffentlicht. Damit ist es jedem Interessierten und löttechnisch Begabten möglich, den Stepperfocuser nachzubauen. Außerdem wurde darauf geachtet, daß nur Komponenten Verwendung finden, die preiswert zu beschaffen sind, sodaß der Gesamtpreis des Systems im Selbstbau für etwa 50.- Euro realisierbar sein dürfte. Ein vergleichbares System wird von einem namhaften Händler in Deutschland für 229.-Euro angeboten. Mit Motor muss man sogar 429.-Euro. bezahlen. Das genannte System verfügt über die selben Fähigkeiten wie der Stepperfocuser.

HINWEIS:

Ich stelle alle Informationen incl. Platinenlayout zur Verfügung. Damit kann sich jeder bei Platinenherstellern wie PCB-Pool usw. selbt Platinen herstellen lassen. Es passen 4 Platinen auf eine Europakarte. Da man meist für sich selbst nur eine Platine braucht, ist es gestattet, die restlichen Platinen zum Selbstkostenpreis zum Verkauf anzubieten. Eine weitergehende Vermarktung dieses Projektes, insbesondere, die Herstellung von Platinen zum Zwecke der Erzielung von Gewinnen, ist ausdrücklich nicht gestattet.

Wer die Herstellung der Platinen aufgrund der Preise, welche Leiterplattenfirmen bei Einzelstücken verlangen, nicht selbst durchführen möchte, der kann sich per Email an mich wenden. Ab und zu habe ich Platinen übrig die ich für 16.-Euro incl Versand und etwas beigelegtem SMD-Lötzinn abgeben kann.

Folgende Verbesserungen gegenüber dem LXFocuser sollten realisiert werden:

- Austausch der RS-232 Schnittstelle durch eine USB-Schnittstelle (mangels Ser. Schnittstelle an den meisten modernen Laptops)
- Ersetzen des Atmel AT90S2313 (Auslaufmodell) durch einen ATMega8-16TQ
- Ersetzen des alten Schrittmotortreibers UCN5804 (Auslaufmodell) durch eine Kombination aus L297/L293 (damit sind bipolare und unipolare Motoren möglich [ Außnahme: 5-polige unipolarmotoren!!! ])
- Änderung des Motoranschlusses von Sub-D auf 8-Pol. RJ-45 Stecker
- Implementierung eines ISP-Anschlusses (In-System-Programmer) damit ein bequemes Ersteinspielen der Firmware erfolgen kann
- Möglichkeit des Anschlusses eines extrenen Tastenpads damit man auch ohne Rechner manuell fokussieren kann. (optional)
- Implementierung verschiedenster Focuser-Protokolle ( LX200, ROBOFOCUS, JMI-Smartfocus, Optec-TCF, PCFocus) [momentan Robofocus-Protokoll implementiert)
- Implementierung eines Temperatursensor um eine Temperaturkompensation zu ermöglichen (insbesondere bei SC-Teleskopen)
- Implementierung von Endlagenschaltern am OAZ (optional)
- Bootloader um zukünftige Firmwareupdates ohne Programmer einspielen zu können
- Steuersoftware für PDAs (in Planung)

Technische Spezifikation

Verorgungsspannung: 9-16V Gleichspannung = Phasenspannung der Schrittmotoren
Phasenstrom max.: 600mA (mit zusätzlicher Kühlung des treibers)
unterstützte Schrittmotoren: unipolare (außer 5-polige) und bipolar
PC-Schnittstelle: USB2.0
PC-Software:
ASCOM-Platform Ver. 4.0 oder höher
Gehäuseabmessungen:
80x50x25mm (Aluminium)
Focuser-Protokolle: zunächst ROBOFOCUS ( LX200,JMI-Smartfocus, Optec-TCF, PCFocus in Planung)

Die Mechanik

Die Mechanik am Teleskop bleibt bei mir gegenüber dem LXFocuser unverändert. Es soll lediglich die Elektronik verbessert werden. Die Mechanik wurde bereits hier beschrieben. Prinzipiell kann gesagt werden, daß bei der Gestaltung der Mechanik jeder seiner Fantasie freien Lauf lassen kann. Wie man den Schrittmotor an den OAZ adaptiert bleibt jedem selbst überlassen. Anregungen für die Umsetzung anderer User findet man hier.

Die Elektronik

Die Focuser-Elektronik kann sowohl unipolare als auch bipolare Schrittmotoren ansteuern. Bei der Wahl des Schrittmotors ist darauf zu achten, daß die Spannung an den Phasen direkt aus dem angeschlossenen Netzteil entnommen wird. Die Netzteilspannung ist also gleichzeitig die Phasenspannung des Schrittmotors. Der Focuser kann prinzipiell mit Netzteilen betrieben werden, die eine Ausgangspannung (Gleichspannung geglättet) zwischen 9V und 24V liefern. 24V ist allerdings schon recht grenzwertig, da aus der Netzteilspannung auch die Versorgungsspannung der Elekronik, welche 5V beträgt generiert wird. Dies bedeutet, daß der 7805 den Rest, also 19V irgendwie "verbraten" muss. Bei 150mA, die für die Elektroniik benötigt werden sind das immerhin fast 3 Watt. Er wird also ziemlich heiß und muss daher in diesem Falle unbedingt zusätzlich gekühlt werden. Die besten Erfahrungen habe ich mit Schrittmotoren im Bereich von 6-12V Phasenspannung bei einem Phasenstrom von etwa 200mA gemacht. Der Phasenstrom des Schrittmotors darf 600mA nicht übersteigen, da sonst der L293 überlastet wird. Dieser sollte übrigens auch bei einem Phasenstrom größer als 200mA zusätzlich gekühlt werden. 600mA dürfte aber schon in Regionen von Schrittmotorgrößen liegen, die mit Sicherheit nicht mehr an einem Focuser eingesetzt werden, sondern etwas Größeres antreiben. Zur Steigerung der Positioniergenauigkeit kann optional auch ein Getriebe zwischen Schrittmotor und OAZ gebaut werden. Eventuelle Getriebespiele lassen sich per Backlashkompensation( in der Robofocus-Software), die ebenfalls unterstützt wird, leicht beseitigen.

Der komplette Schaltplan ist im folgenden Bild zu sehen. Im Prinzip ist es ganz einfach. Die Kommunikation zum PC übernimmt der FT232 als USB Schnittstelle. Dieser ist mit den RxD und TxD-Leitungen des Microcontollers verbunden. Dessen PortC wird für die Steuerung des Schrittmotor-ICs L297 Verwendet. Ebenso an PortC ist der Temperatursensor DS18S20 angeschlossen. Weiterhin wurde am Microcontoller ein ISP-Anschluss (In-System-Programmer) realisiert und eine Anschlussmöglichkeit für ein Tastenfeld geschaffen. Die Ausgänge des Schrittmotor-IC L297 werden mittels der Treiberstufe L293 verstärkt, wodurch nun Schrittmotoren mit einem Phasenstrom bis 600mA angesteuert werden können. Dies reicht für einen Focuser völlig aus.Auf ein Display wurde verzichtet um das Gehäuse möglichst klein zu halten und da alle Parameter per Software auslesbar und steuerbar sind ist ein Display auch nicht zwingend nötig.

Aus dem Schaltplan wurde dann mit Eagle die folgende Leiterplatte entwickelt. Die genau in das unten in der Tabelle angegebene Gehäuse passt.

Die Leiterplatten habe ich beim Conrad Leiterplatten-Service entwickeln lassen. Leider ist dieser Weg etwas überteuert, aber dafür sind sie ordentlich verarbeitet. Conrad verlangte immerhin 76.63 EUR für insgesamt nur 3 Leiterplatten. Angeblich lag dies daran, daß die Leiterplatten genau 80x50mm groß sind und somit nur 2 auf eine Europakarte (160x100mm) passen würden. Wie Corad das Rechnet ist mir schleierhaft. Mit meinen Mathematikkenntnissen sind es vier Platinen die genau drauf passen würdenSo kommt der Stückpreis etwas mehr als 25 Euro.
Inzwischen habe ich Gott sei Dank einen preiswerteren Anbieter gefunden, der identische Qualität liefert, so daß ich die Platinen für 16.-Euro incl. Versand anbieten kann. Bei Bedarf bitte eine Email an mich.

Für alle, die selbst die Leiterplatten entwickeln lassen wollen kann die Eagle Layout-Datei hier heruntergeladen werden.

Als erstes werden die SMD-Bauelemente bestückt. Mit den Widerständen und den Kondensatoren habe ich begonnen. Dann folgen die beiden IC's, der Microcontroller und der FT232- USB-Schnittstellenbaustein. Zum Schluss kamen die ganzen Anschlussbuchsen und die DIL-ICs.

Im Folgenden ist die Baulteilliste zu finden. Um relativ preiswert zu bleiben empfehle ich dringend die meisten Bauelemente von Reichelt Elektronik zu beziehen. Conrad hat zwar die größere Auswahl ist aber wesentlich teuer. So kostet der L297 bei Conrad immerhin 11,10Euro während er bei Reichelt nur 3.00 Euro kostet. Noch krasser wird es beim USB-Kabel, dieses kostet bei Conrad 6,90Euro und ist nur 1m lang, während es bei Reichelt 0,69 Euro kostet und dafür 1,8m lang ist. Daher wurden nur die nötigsten Teile, nämlich jene, die nicht bei Reichelt zu bekommen waren bei Conrad bestellt. (Stand der Preise Januar 2006)

Bauelemente von Reichelt-elektronik

Artikelnummer Bauelement Bezeichnung
Menge
Einzelpreis
Gesamtpreis
ATMEGA 8-16 TQ IC1 ATMega AVR-RISC-Controller, TQ...
1
2,75
2,75
L297 IC3 Motortreiber
1
3,00
3,00
L293D IC4 Motortreiber
1
2,00
2,00
FT 232 BL IC2 Converter IC RS232/RS422 USB/S..
1
6,35
6,35
DS 18S20   Aufdruck DS1820!
1
5,45
5,45
µA7805 7805 Spannungsregler 5V 1A
1
0,17
0,17
6-HC49U-S Q1,Q3 Standardquarz, Grundton, 6,0 M
2
0,49
0,98
X7R-G0805 22n C1 SMD-VIELSCHICHT Kondensator
1
0,05
0,05
X7R-G0805 100n C2 SMD-VIELSCHICHT Kondensator
1
0,05
0,05
NPO-G0805 22P C3,C4,C5,C8 SMD-VIELSCHICHT Kondensator
4
0,05
0,20
SMD TAN. 15/16 C6,C7 SMD Tantal Elko
2
0,92
1,84
SMD-0805 470 R4 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
1
0,10
0,10
SMD-0805 27,0 R6,R7 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
2
0,10
0,20
SMD-0805 10,0K R3,R12 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
1
0,10
0,10
SMD-0805 33,0K R1* ,R8-R11 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
5
0,10
0,50
SMD-0805 1,50K R5 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
1
0,10
0,10
SMD-0805 150 R2 SMD-Chip-Widerstand, Bauform 0805
1
0,10
0,10
LED 3mm ST rot D5 LED 3mm standard
1
0,08
0,08
USB AW X1 USB Steckverbinder Serie A
1
0,20
0,20
SL2x10G 2,54 ISP Stiftleiste 2 reihig gerade
1
0,13
0,13
PS 25/5G BR KEYPAD Platinensteckverbinder 5pol
1
0,61
0,61
GS 16P IC4 IC Präzisionsfassung 16pol
1
0,18
0,18
AK 670/2-2,0 USB-Kab. USB-Kabel 2.0, A-Stecker auf A-Stecker, 1,8m
1
0,69
0,69
WVK 8-8 5M Motorkabel ISDN-Verl. 5m
1
0,85
0,85
     
Summe
26,69
     

* Im Schaltplan ist für R1 noch ein Wert von 10kOhm angegeben und auch auf der Platine abgedruckt. Prinzipiell funktioniert das auch. Atmel gibt jedoch an, daß R1 im Bereich von 10k bis 50K liegen sollte. Also habe ich einen 33k , was etwa in der mitte dieses Bereiches liegt, eingebaut und der funktioniert prima.

Bauelemente von CONRAD-Electronic

Artikelnummer Bauelement Bezeichnung
Menge
Einzelpreis
Gesamtpreis
525991-93 Geh. ALUMINIUM GEHÄUSE 1455802-SILBER
1
8,95
8,95
737992-93 X3 Flanschbuchse mit Schaltkontakt DIN45323
1
1,25
1,25
716184-93 Con1 RJ45 Buchse niedrig 8polig
1
0,54
0,54
     
     
Summe
10,65
     

Fertig bestückt schaut die Platine dann so aus. Der Schrittmotortreiber L293 wurde gesockelt, da man ihn so besser auswechseln kann, falls man ihn doch mal überlasten sollte. Man weiß ja nie.

Schrittmotor und dessen Anschluss

Nun geht es an das Anschließen des Motors. Hierzu sollte man sich zunächst die Belegung des RJ-45 Steckers und die Lage der Pins anschauen. Bei reichelt gibt es eine ISDN-Verlängerung mit 5m Länge (WVK 8-8 5M). Diese ist wesentlich flexibler als das blaue unten abgebildete Netzwerkkabel hat einen voll bestückten RJ-45-Stecker. Man braucht nur noch die ISDN-Buchse abzuschneiden und eventuell auf Länge kürzen. An das abgeschnittene Kabelende kann man dann problemlos den Motor anschließen.

Pin1
Motor Phase1 Anschluss 1 (A)
Pin2 Motor Phase1 Anschluss 2 (A')
Pin3 Motor Phase 2 Anschluss 1 (B)
Pin4 Motor Phase 2 Anschluss 2 (B')
Pin5 Vcc +5V
Pin6 Eingang Endlagenschalter innen
Pin7 Eingang Endlagenschalter außen

Pin8

 

 

 

 

GND

 

 

 

 

 

Bipolare Motoren sind realtiv einfach anzuschließen, da diese meist nur 4 Leitungen haben, die einfach an die entsprechenden Phasenausgänge geklemmt werden. bei Unipolaren Schrittmotoren ist dies schon etwas komplizierter, da hier meist mehr als 4 Leitungen vorhanden sind.Unipolare Schrittmotoren können auch bipolar benutzt werden indem die Common-Anschlüsse offengelassen werden. Motoren mit 5 Anschlüssen sind hingegen nicht geeignet, da bei Ihnen die Common-Anschlüsse intern zusammen gelegt wurden und somit die Spulen nicht mehr sauber getrennt ansprechbar sind. Nähere Infos zu Schrittmotoren gibt es im ROBOTERNETZ

unipolar bipolar

Wer dennoch Probleme haben sollte, dem ist eventuell mit dem Schrittmotor-Tutorial auf Roboternetz.de geholfen.

Der Stepperfocuser verwendet für den Schrittmotor die Spannung des Netzteils. Die Treiberstufe kann maximal 600mA/pase treiben, muss aber shcon ab etwa 350mA gekühlt werden. Man sollte also möglichst unter 300mA für den Phasenstrom bleiben. Da wir ja hier auch keine Montierung motorisieren wollen, sondern nur einen Okularauszug, reicht das auch voll und ganz aus.
Hat man nun jedoch einen Schrittmotor, der nicht ganz zu dieser Spezifikation passt, so muss man entsprechend mit Vorwiderständen arbeiten. Wie diese Bemessen werden zeigt das nachfolgende Kapitel.

Vorwiderstände für Schrittmotoren

Angenommen man hat einen Schrittmotor und will diesen an den Stepperfocuser anschließen. Der liefert bei 12V etwa 0,3A (Idealwert) , der Motor "zieht" an 12V aber 800 mA. Wie groß muß ein Widerstand sein, um den Motortreiber mit diesem Motor nicht zu überlasten?

Um das auszurechnen reicht es den Motor bzw. die Spule des Motors einfach als ohmschen Widerstand zu betrachten. Dieser ist meist auch die entscheidende Kenngröße eines Schrittmotors und ist oft angegeben. Induktivitäten spielen nur dann eine Rolle, wenn der Motor sich schneller dreht, wird er aber gebremst bzw. blockiert wirkt nur der ohmsche Widerstand der Spule und dieser Fall stellt die größte Belastung des Motors und der Ansteuerung dar. Wenn der Motortreiber den Strom des stehenden Motors überlebt, dann überlebt er auch alles andere ;-).

Ist der Widerstand nicht angegeben, so muss man ihn ausrechnen . Den ohmschen Widerstand der Motorspule kann man entweder messen, oder - wenn man wie hier weiß, daß der Motor bei 12V 800mA "zieht" einfach berechnen:

Also zuerst alle Werte in den Grundeinheiten notieren:

Strom: 800mA = 0,8A ; Spannung: 12V

Dann den Widerstand der Motorwicklung berechnen:

R= U / I = 12V / 0,8A = 15 Ohm

Auf diese 15 Ohm beziehen sich dann alle nachfolgenden Berechnungen.

Der Widerstand bestimmt, wieviel Strom bei einer bestimmten Spannung fließt. Man kann also ausrechnen, wie groß der Widerstand eigentlich sein müßte, damit die 300mA des Motortreibers nicht überschritten werden:
Strom: 0,3A ; Spannung: 12V

R = U / I = 12V / 0,3A = 40 Ohm

Der Widerstand des Motors müßte also mindestens 40 Ohm haben, hat aber nur 15 Ohm. Also schaltet man einen Vorwiderstand mit:

R1 = Rgesamt - RSpule = 40 Ohm - 15 Ohm = 25 Ohm

in Reihe zum Motor. So bleibt der Motortreiber ganz, allerdings verliert der Motor durch den kleineren Strom auch etwas an Kraft.

Allerdings führen die 0,3A die nun auch durch den Vorwiderstand hindurchfließen zu einer Erwärmung - besonders kleine Widerstände können da schonmal in Rauch aufgehen. Deshalb rechnet man besser noch aus, welche Leistung der Widerstand aushalten muß:

Strom: 0,3A ; Widerstand: 25 Ohm

P = R x I² = 25 Ohm x 0,3A² = 2,25 W

Hier gilt auch: weil es meistens den genauen Wert nicht gibt, nimmt man zur Sicherheit den nächst größeren. Man braucht also für jede Windung des Motors einen Vorwiderstand von 25 Ohm mit 2,5 W ein Vorwiderstand macht letztendlich nicht anderes, als einen Teil der 12V Spannung zu "verbrauchen" - so daß der Motor eine kleinere Spannung abbekommt, bei der er nur 0,3A "zieht". Meistens ist es deshalb sinnvoller die Betriebsspannung von vorn herein zu reduzieren, bzw ein Netzteil mit kleinerer Spannung zu benutzen. Der Stepperfocuser kann mit einem Netzteil ab 7,5V betrieben werden. Der Motor aus dem Beispiel würde z.B. bei U = 7,5V Spannung ohnehin nur 0,5A ziehen - den Vorwiderstand könnte man dann also auf einen Wert von 10 Ohm und 0,9W (bzw aufgerundet 1W) reduzieren.

Der entscheidende Parameter ist bei diesen Berechnungen immer der Spulenwiderstand des Schrittmotors! Die auf dem Schrittmotor angegebene Spannung ist nicht so wichtig. Ein 5V motor kann auch mit 12V betrieben werden.

 

 

Tastensteuerung

Nachdem die meisten Bauelemente aufgelötet waren und eine Sichtprüfung erfolgte, konnte die Kommunikation der USB-Schnittstelle getestet werden. Laut Hersteller des FT232 soll sich dieser bei Anschluss an den USB Bus am PC anmelden. Also Netzstecker an die Platine und USB-Kabel verbunden. Bingo! Windows meldet, daß neue Hardware gefunden wurde und will den Treiber installieren. Die Treiberinstallation lief auch ganz ohne Probleme und es wurde ein virtueller Com-Port eingerichtet. Dieser kann über die Systemsteuerung parametriert werden. Einziger Nachteil bei einer Installation unter Windows ist die Tatsache, daß Windows je nach USB-Steckplatz dem Focuser immer einen neuen virtuellen COM-Port zuweist. Deshalb sollte man am besten immer in der selben USB-Buchse arbeiten. Sonst muss man jedes mal im ASCOM einen neuen COM-Port eintragen.

Beschaltung Tastenfeld (optional)
Pin 1 schnell OUT
Pin 2 langsam OUT
Pin 3 schnell IN
Pin 4 langsam IN
Pin 5 GND

Alle Tasten des Tastenfeldes werden gegen Masse (Pin 5 GND) geschaltet! Die Zahlen stehen zwischen dem TAstaturanschluss und dem ISP und gelten für den Tastaturanschluss.

Endlagenschalter

Die Firmware des Stepperfocuser unterstützt bis zu zwei Endlagenschalter (ELS) am Okularauszug. Damit sind genaue und vor allem reproduzierbare Fokuspositionen anfahrbar, da der Positionszählerstart durch die euslösenden Endlagenschalter definiert ist.. Außerdem sind die Endlagenschalter ratsam, wenn man ein Schneckengetriebe hat und nicht wie ich einen Crayfordauszug, der dann durchdreht wenn man in eine Endposition fährt. Die Anschlüsse für die Endlagenschalter, Vcc und GND müssen jedoch nicht unbedingt beschaltet werden. Wenn sie aber beschaltet werden, dann bitte unbedingt nach der hier aufgeführten Schaltung. Nur so erkennt der Stepperfocuser die Anwesenheit von Endlagenschaltern.

Nun zum Prinzip: Es sind wie gesagt zwei Endlagenschalter vorgesehen. Es kann aber auch gar keiner oder nur einer verwendet werden. Wird einer Verwendet, so muss dies der Innere (Auszug ganz eingefahren) sein. Die Firmware erkennt, ob Endlagenschalter angeschlossen sind. Dies geschieht über die folgende Schaltung.




SchaltungEndlagenschalter

Wie weiter oben schon beschrieben wurde liegt an PIN5 der Motorbuchse +5V, PIN6 ist die Steuerleitung für den inneren Endlagenschalter und PIN7 für den Äußeren. An PIN8 liegt Masse. Werden die ELS-Leitungen auf Masse gezogen (Pulldown Widerstand) sind alle Routinen für ELS deaktiiviert. Sina also keine ELS vorhanden muss PIN6 und PIN7 über je einen Pulldown Widerstand mit PIN8 verbunden werden.
Nach dem Einschalten wird immer erst mal ein kleines Stück (100 Schritte) nach außen gefahren um sicher zu stellen, daß ein eventuell bestückter innerer ELS nicht betätigt ist. Sollte nun der innere ELS bestrückt sein, so ist dieser nun definitiv geöffnet und damit die Leitung 6 auf High-Pegel. Damit weiß die Software, daß der ELS innen bestückt ist. In diesemFall wird der Motor bis zum Auslösen des ELS nun wieder nach Innen gefahren und die aktuelle Position auf 1 gesetzt. Nun muss zwangsläufig der ELS außen, geöffnet sein und die Leitung 7 High-Pegel aufweisen. Ist dies nicht der Fall, so gilt der ELS außen für die Firmware als nicht bestückt.

Beim Auslösen des inneren ELS wird immer die aktuelle Position auf 1 gesetzt und der Motor sofort gestoppt. Das Auslösen des ELS Außern hat kein Setzen der aktuellen Position, wohl aber sofortiges Stoppen des Motors zur Folge. An dieser Stelle sei nochmals darauf hin gewiesen, daß bei Verwendung von ELS der Innere wichtiger ist und auch allein betrieben werden kann. Eine Bestückung des äußeren ohne den inneren ist nicht sinnvoll und wird auch nicht von der Firmware unterstützt.


WICHTIG....WICHTIG...WICHTIG....!!!!

SIND KEINE ENDLAGENSCHALTER ODER NUR EINER ANGESCHLOSSEN, SO MÜSSEN DIE UNBESCHALTETEN PINS (6 bzw. 7) AM MOTORSTECKER MIT JE EINEM 33k PULLDOWN-WIDERSTAND GEGEN MASSE, ALSO PIN 8 GEZOGEN WERDEN. DIES IST WICHTIG, DA DURCH UNDEFINIERTE ZUSTÄNDE AN DEN ELS-LEITUNGEN DER STEPPERFOCUSER STÄNDIG FALSCHE POSTIONSANGABEN AUSRECHNET. MEIST IST DANN KEINE POSITIONIERUNG MEHR MÖGLICH.


 

Motorplatine zum Anbau an den OAZ

Jetzt habe ich endlich eine kleine Platine entwickelt, die direkt an den OAZ angebaut werden kann. Diese enthält eine RJ-45 Buchse, die Anschlüsse für die Endlagenschalter und den Motor sowie die entsprechenden Widerstände für die ELS Erkennung. Die Platine ist 35x30 mm groß und kann mit 3 Schrauben und entsprechenden Abstandshülsen neben dem OAZ befestigt werden. Die eventuell notwendigen Vorwiderstände für die Motorspulen die durchaus recht groß sein können kann man gut darunter verstecken.

Die RJ-45 Buchse ist die selbe wie auf dem Stepperfocuser.

P1 Motoranschluss
R1,R2,R3,R4 je 33K SMD 0805
JP1 Endlagenschalter innen
JP2 Endlagenschalter außen

Je nach Beschaltung der Endlagenschalter ergeben sich folgende Bestückungen der Widerstände

 
R1
R2
R3
R4
Kein Endlagenschalter
bestückt
bestückt
leer
leer
Nur Endlagenscahlter innen bestückt
leer
bestückt
leer
Nur Endlagenschalter außen
leer
bestückt
leer
bestückt
Beide Endlagenschalter
leer
leer
bestückt
bestückt

Das Gehäuse

Die ganze Hardware im Gehäuse. Ok, an meinen Fähigkeiten, die Durchbrüche für die Kabel in die Plastikabdeckungen zu schneiden, muss ich noch arbeiten. Das klappt noch nicht so ganz. Wer eine Fräse und einen Kreuztisch sein eigen nennt ist hier klar im Vorteil.


Das graue Kabel ist der USB- Anschluss, das schwarze die Stromversorgung und das Blaue die Motoransteuerung. Links neben dem blauen Kabel sieht man den Temperatursensor, der etwas aus dem Gehäuse heraus schaut. Das hier verwendete blaue Kabel ist ein Netzwerkkabel Cat.5 welches allerdings etwas dick und unflexibel ist. Dies liegt daran, daß die Adern paarweise verdrillt sind. Hier ist der Einsatz eines 8Poligen ISDN-Verlängerungskabels besser geeignet. Dieses ist flach und flexibel.

Für die peiden Plastik-Kappen hat siche Henning Noeldge mal die Mühe gemacht und hat eine Zeichnung mit Bemaßung für die öffnungen erstellt. An dieser Steller Recht herzlichen Dank an Henning.

 

Motor an den Okularauszug

Auf der Teleskopseite muss man sich nun eigentlich nur noch Gedanken machen, wie man einen Schrittmotor am OAZ befestigt. Bei meinem 8-Zöller habe ich das wie folgt gelöst. Der Phantasie sind da allerdings keine Grenzen gesetzt.


Hier findet man weitere Motoradaptionen von anderen Usern, die den Stepperfocuser bereits einsetzen.

Benötigte Treiber und Programme

Um den Focuser zu betreiben sind wie oben schon beschrieben einige Programme bzw. Treiber nötig. Als erstes benötigt man den USB Treiber für den FT232 und das verwendete Betriebssystem des PCs an welchem der Focuser betrieben werden soll. Weiterhin ist für den Betrieb die aktuelle Version der ASCOM Platform nötig. Dieses stellt die Verbindung zwischen den verwendeten Astroprogrammen (Bsp: DSLRFocus, MaximDL, CCDSoft, FocusAide, Focusmax usw.) und der Hardware her. Weiterhin wird noch eine Software benötigt um die Firmware des Focusers in selbigen einzuspielen. Später werde ich mal eine Version mit Bootloader entwickeln bei der kein spezielles Programmiergerät nötig ist und ein Firmwareupdate per USB-Kabel möglich sein wird.

Hier die Links zur benötigten Software
-FTI-Treiber
-ASCOM Platform

Zum Einspielen der Software in den ATMEL-Microcontroller wird ein sogenanntes ISP-Dongle (STK200 kompatibel) benötigt. Dieses schaut so aus und kann Hier bestellt werden.



Nachdem es öfters zu Problemen beim Einsatz des hier dargestellten preiswerten Programmers an Laptops gekommen ist (haben meist nur 3V am LPT) verwende ich nun den mySmartUSB mit USB Anschluss. Am Desktop-PC funktioniert der Programmer allerdings nach wie vor super.
Das untere Bild zeigt wie der ISP-Anschluss angeschlossen wird Pin 1 ist in dieser Ansicht rechts oben. Wenn man das ISP-Dongle unter obigem Link bestellt, so bekommt man meist auch eine CD mitgeschickt, auf der einiges an Software enthalten ist. Da kann man mal etwas stöbern. Der Pullup-Widerstand am Temperaturfühler (rechts oben zu erkennen) ist auf den oben herunterladbarem Layout nicht mehr nötig. Die Schaltung wurde korrigiert.

Ein kleiner Tip an dieser Stelle:
Mein ISP-Dongle verweigerte mir den Dienst. Auf der Suche nach einer Lösung im Internet wurde mir gesagt, daß es aufgrund der Kabellänge zu Problemem kommen kann. Ein Kürzen des Kabels auf etwa 15-30cm half in der Tat und das ISP-Dongle arbeitet seitdem fehlerfrei.
Weiterhin ist beim Schreiben der Firmware darauf zu achten, daß die Fuses des Atmel Prozessors richtig gesetzt werden!! Standardmäßig ist nämlich der interne Oszillator des ATMEGA8 mit 1MHz aktiv. Die entsprechende Fuse muss nun auf 'External XTAL' gesetzt werden. WICHTIG: Nicht aus versehen auf 'External Oszillator' setzen. Damit kann man sich recht schnell aussperren und kommt dann nur noch mit einem Trick wieder an den ATMEGA8 heran.

 

Die Firmware

Die erste Entscheidung vor der ich stand war die Frage nach dem zu verwendenden Focuser Protokoll. Während ich bei meinem LXFocuser das LX200-Protokoll von Meade verwendet hatte, wollte ich eigentlich dieses aufgrund seiner Unzulänglichkeiten nicht mehr verwenden. Es unterstützt zum Beispiel keine Temperaturkompensation und meiner Meinung nach ist eine absolut exakte Positionierung mit diesem Protokoll nicht möglich. Dies liegt darin begründet, daß keine exakten Positionierungsangaben gemacht werden können. Vielmehr wird der Schrittmotor mit einem Startkommando (z.B. :F+#) gestartet und nach einer bestimmten Zeit mit einem Stopkommando angehalten. Hier ist jedoch nicht immer gegeben, daß das Stop-Kommando auch genau nach der gewünschten Schritt-Anzahl von der Firmware schnell genug decodiert werden kann.
Daher entschied ich mich, das ROBOFOCUS-Protokoll als erstes zu implementieren. Dieses bietet alle möglichen Features wie Temperaturkompensation und Backlashkorrektur. Außerdem kann man beim ROBOFOCUS-Protokoll genaue Schrittangaben (GOTO) machen und so extrem genau positionieren. Ein weiterer Vorteil des Protokolles ist, dass sämtliche Befehle mit einer Prüfsumme abgeschlossen werden. Dadurch ist gewährleistet, daß keine falschen Befehle angenommen werden. Die Kommunikation ist somit immer konsistent. Einziger Unterschied zur Standard-Robofocus-Spezifikation ist die Geschwindigkeit der seriellen Schnittstelle. Diese beträgt 19200baud anstelle von 9600baud beim Standard.

Robofocus-Protokoll

Die Firmware mit dem ROBOFOCUS-Protokoll und den Bootloader gibts Hier . Diese Version ist für eine Baudrate von 19200 Baud ausgelegt.

Nach dem Einspielen verhält sich der Stepperfocuser wie ein ROBOFOCUS, wobei er allerdings nicht alle Features des ROBOFOCUS unterstützt. Robofocus bietet zum Beispiel noch Schaltmöglichkeiten für eine Stromversorgungsbox an und bietet ein Display. Außerdem kann Robofocus die Motoren auch im Mikroschrittbetrieb ansteuern. Der Stepperfocuser tut dies standardmäßig im Halbschrittmodus was eigentlich voll und GAnz ausreichend ist. Dennoch kann die Robofocus Dokumentation, welche bei der ASCOM-Platform beigefügt ist für den Betrieb verwendet werden.

Betrieb mit CCDSoft:

CCDSoft nutzt zur Fokussierung nicht ASCOM zur Kommunikation sondern geht entweder direkt auf den COM Port oder aber steuert seine eigene FocusAPI an. Leider haben die Programmierer offensichtlich vergessen eine Einstellmöglichkeit für die COM-Port-Geschwindigkeit zu integrieren. CCDSoft arbeitet grundsätzlich mit 9600baud. Somit kann dieser Weg nicht direkt mit dem Stepperfocuser Verwendet werden, da dieser 19200baud zur Kommunikation mit dem PC verwendet.

Die FocusAPI von CCDSoft hat nichts mit ASCOM gemein, sondern ist eine SBIG Eigenentwicklung. Manche Hersteller wie zum Beispiel FLI liefern eine spezielle DLL mit, damit deren Focuser mit der SBIG FocusAPI angesteuert werden kann. Programme wie MaximDL sind da deutlich weiter in der Entwicklung.

Beim Stöbern in der ASCOM Dokumentation habe ich aber herausgefunden, daß ASCOM eine eigene FocusAPI für CCDSoft bereitstellt. Quasi so als Hintertür. Ich habe mal hierzu eine Dokumentation gemacht die im folgenden Link heruntergeladen werden kann.

Stepperfocuser API für CCDSoft

 

Rechtliches

Ich hafte nicht für Schäden, die durch den Aufbau, oder den Betrieb, des oben beschriebenen Gerätes entstehen können! Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr.
( Wenn man aber nichts grundlegendes falsch macht dürfte nix passieren)

 

 

Video-Tutorials

Anleitung zum Löten von SMD Bauelementen (engl.)

Rapidshare Downlod 30MB

Einspielen des Bootloaders mittels ISP-Rogrammer

Rapidshare Download 19MB

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Einspielen der Firmware über den Bootloader

Rapidshare Download 9MB

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Firmware parametrieren

Rapidshare Download 20MB

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UPDATES

28.07.2006
Ich habe gerade eine Platine zur Programmierung zurück bekommen und musste dabei feststellen, daß in der 2. Charge der Leiterplatten der Aufdruck des Temperatursensors DS18S20 falsch herum aufgedruckt wurde. Es handelt sich um die Platinen mit dem folgenden Layout.

Korrekterweise gehört er mit der flachen Seite zum Platinenrand bestückt. Wer also keine Sinnvollen Temperaturwerte auslesen kann, bitte dies mal überprüfen und notfalls den IC drehen.


01.10.2008

Hier die Aktuelle Firmware v 3.14 mit Bugbeseitigung in der Routine für die Endlagenschalter.

aktuelle Stepperfocuser Firmware 3.14 (mit Robofocus Protokoll, ELS-Funktion und 19200baud)

 


22.11.2008

Heute ist die Motorisierung des Takahashi TOA-130 unserer Sternwarte erfolgreich abgeschlossen worden. Hierzu wurde ein Schrittmotor von Nanotec mit surchgehender Achse, 2 Zahnräder von Kremp, die oben beschriebene Motorplatine sowie ein Microotaster als Endlagenschalter verwendet. Auf die durchgehende Welle des Schrittmotors kommt später noch ein Drehknopf tur manuellen Bedienung. Montiert wurde die ganze Konstruktion auf einer 4mm Starken Alu-Platte, die mit 2 Schrauben an der Halterung, die normalerwesie für das Sucherfernrohr geadcht ist.

Der OAZ fährt mit dieser Konstruktion etwa 14mm bei 1000Schritten, was einen Fokusweg von 0,014mm pro Schritt.
Die Formel zur Berechnung einer zulässigen Fokustoleranz einer bestimmten Aufnahmeoptik lautet:

delta f [mm] = 16 x (lambda/4) x N²,

wobei delta f die Fokustoleranz ist, innerhalb derer das Bild scharf ist, lambda die Lichtwellenlänge in mm
(rot = 0.000656-, grün = 0.000550 und blau = 0.000400 mm) und N² die mit sich selbst multiplizierte Öffnungszahl ist (z.B. 1:7,6 = 7,6 ²).

Beim Takahaschi ergibt sich damit ein Toleranzbereich delta f von 0,127072mm (grün) in den der Fokussierer ausreichend genau hinein fahren muss.
Die Umsetzung ist also ausreichend genau möglich. Ein zusätzliches Getriebe zur Untersetzung ist nicht erforderlich.

 


22.02.2011

Da ich inzwischen am Nachfolger des Stepperfocuser bastele habe ich mich entschlossen, die Firmware frei zur Verfügung zu stellen. So kann sich jetzt jeder eigene Anpassungen vornehmen oder nach eigenen Wünschen umprogrammieren (z.B. zur Filterradsteuerung oder zum Field-Rotator). Der Link wurde am 13.12.2011 aktualisiert, da mir aufgefallen ist, dass ich dummerweise eine alte Version hoch geladen hatte in der die Funktionen für die Tastensteuerung nicht mit drin waren. :-)

Firmware im BASCOM-Format


24.01.2013

Auch nach Jahren gibt es immer mal Fälle, wo unerklärliche Dinge auftreten. So hatte ich jetzt einen Nachbau auf dem Tisch, de rabsolut nicht laufen wollte. Der Endlagenschalter wollte einfahc nicht funktionieren. es stellte sich heraus, dass an PIN6 (Endlagenschalter innen) der Motorbuchse (vermutlich durch übersprechen im Motorkabel) kurze Nadelimpulse aufgetreten sind. Um deren Auswirkungen auf die Endlagenschalter-Interrupts des Controllers zu verhindern empfehle ich daher von PIN6 gegen Masse einen 100nF Kondensator zu schalten. Den kann man ganz gut direkt neben dem ATMega platzieren (das grüne Teil im nachfolgenden Bild). Dort befinden sich auch shcon 2 Durchkontaktierungen, die man dafür nutzen kann. Wer also probleme mit den Endlagenschaltern haben sollte bitte unbedingt nachrüsten.

 

Eine weiter Schaltungsverbesserung ist inzwischen bei der Stromversorgung möglich. In der Originalschaltung ist ier ein 7805 Spannungsregler im TO Gehäuse verbaut. Diese doch recht alte Bauform hat den anchteil, dass sie die differenz aus Eingangs- und Ausgangsspannung in Wärme verbrät. Das ist nicht optimal. Inzischen gibt es aber pinkompatible hocheffiziente Schaltregler von Recom. Ich empfehle für neubauten den RECOM R-785.0-0.5 (Conrad Artikelnummer 154483 - 62) einzusetzen.

Conrad RECOM R-785.0-0.5