再做一个简单的电调焦

tianyuan08 · 发表于 2020-4-2 23:53

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本帖最后由 tianyuan08 于 2020-4-2 23:57 编辑

前一阵心热，给晶华的JE100A赤道仪自制了一个电跟，[url=自制单轴电跟的基础 http://bbs.imufu.cn/forum.php?mo ... 2119&fromuid=340351 (出处: 牧夫天文论坛（中国最早的天文论坛，致力于天文和望远镜的科普交流平台）)]http://bbs.imufu.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=792119&fromuid=340351[/url]，乘着热度还没减，又搞了一个电调焦出来，避免调焦的抖动，和大家分享一下，技术含量比较低，大神勿笑

主要的材料包括：（1） TITAN 42步进电机一个，保持力矩0.12NM；（2） 2GT同步轮，16、48齿，齿比1：3；（3）2GT同步带，154周长，支持中心距44.5左右；（4）铝合金孔6法兰联轴器一个；（5）铝合金 5mm-5mm 刚性联轴器一个；（6）5mm、6mm不锈钢轴各一个；（7）热弯的亚克力步进电机支架一个；

另外由于赤经已经有一个电机了，现在要控制两个电机，所以将上次步进电机驱动器TB6600换掉了，改成了CNC SHIELD V3数控板+2个A4988驱动器，又添了一个4*4的单片机矩阵键盘用来做控制器，程序还是烧到arduino里，赤经轴电机仍然通过TIMER1发送脉冲，调教座电机则通过键盘长按控制。

下面这张图就是控制逻辑了，红色大板是cnc shield v3，直接插在了arduino uno r3上面，装了两块a4988（带散热片的那个），能够独立控制两个步进电机，把矩阵键盘接在cnc shield v3上，其引脚实际是接在arduino上的。

安装48齿同步轮到调焦手轮上用了一个简单粗暴的办法，直接把法兰联轴器用AB胶粘在手轮上，再插入轴，装上同步轮就好了~~~

为了减轻重量，用亚克力板做了一个42步进电机支架，孔位则是按照调焦座下方顶住调焦杆的4颗螺丝位置开的，亚克力板厚度5mm~

安装的时候发现两轴距离之前算错了...同步带买长了，重新计算后，给亚克力支架上用AB胶粘了两个M6螺丝，这下就刚好了，选择TITAN 42步进电机，主要是因为轻啊，而且保持力矩0.12NM也还行，再加个1：3的齿比，绝对没问题！

实际效果：通过条线设置两个a4988都是16细分，减少电机震动。在矩阵键盘上设置了7个按键，S1控制两个电机使能开关，S2是赤经电机开关，S3是调焦电机开关，S4和S5长按后，将输出1000HZ频率的脉冲，使得调焦电机可以快速旋转，S7和S8按住，则是以100HZ的频率发送脉冲，使调焦电机微速旋转。控制赤经的脉冲通过arduino的TIMER1中断给出的，而控制电调的直接用了delay和delayMicroseconds，实际是TIMER0，由于TIMER1的中断优先级高于TIMER0，所以赤经电机是不会受到电调电机的影响。测试了一下，对焦的时候全程无抖动，很爽

！使用步进电机还有一个好处，可以在调焦筒伸出的时候对脉冲数计数，收回的时候，对计数值递减，当计数值为0的时候，就不再发送脉冲给电机，避免调焦筒撞到调焦座，有可能损坏电机、齿轮、皮带~~不过这部分程序还没做，有空改一改.

附上自己写的用arduino+cnc shield v3+a4988+矩阵键盘搞的控制程序，需要用到arduino的time_one和keypad附加库：

#include <Key.h>
#include <Keypad.h>
#include <TimerOne.h>

//define ena for all motors
#define ENA_PIN 8

//define motor pins
#define XDIR_PIN 5
#define YDIR_PIN 6
#define XSTEP_PIN 2
#define YSTEP_PIN 3

//define keypad rows and cols
#define ROWS 3
#define COLS 3

//define a keymap
unsigned char keys[ROWS][COLS] =
{
  {'1', '2', '3'},
  {'4', '5', '6'},
  {'7', '8', '9'}
};

//row->pin, col->pin
byte rowPins[ROWS] = {A3, 13, 12};
byte colPins[COLS] = {A2, A1, A0};

//register keymap and pins
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

//XPUL_STATE保存X电机驱动电平状态
volatile byte XPUL_STATE = LOW;

//X电机，Y电机开关
volatile byte XMOTOR_TOGGLE = LOW;
volatile byte YMOTOR_TOGGLE = LOW;

//电机使能开关
volatile byte ENA_TOGGLE = HIGH;

//Y电机状态,指示哪个键被长按
volatile unsigned char YMOTOR_STATE = 0;

void setup() {
  //set pin mod
  pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
  pinMode(XDIR_PIN, OUTPUT);
  pinMode(XSTEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YDIR_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YSTEP_PIN, OUTPUT);
  //set pin value
  digitalWrite(ENA_PIN, ENA_TOGGLE);
  digitalWrite(XDIR_PIN, HIGH);
  //设置timer1的频率为32HZ,则每31.25ms触发一次
  Timer1.initialize(31250);
  Timer1.attachInterrupt(timer1_ISR);
  //set keypad listener
  keypad.addEventListener(keypadEvent);
  //set hold dealy
  keypad.setHoldTime(500);
  //set serail
  Serial.begin(9600);
}

//timer1的触发频率为32HZ，也就是1秒触发32次高低电平转换，则1秒为16HZ的方波信号，600秒产生9600个周期
void timer1_ISR()
{
  if (XMOTOR_TOGGLE == HIGH)
  {
XPUL_STATE = !XPUL_STATE;
digitalWrite(XSTEP_PIN, XPUL_STATE);
  }
}

void loop() {
  //listern keypad
  keypad.getKey();
  //drive Y-MOTOR
  switch(YMOTOR_STATE)
  {
//长按按键4、5，产生1000HZ的方波
case '4':
case '5':
   digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
   delayMicroseconds(500);
   digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
   delayMicroseconds(500);
   break;
//长按按键7、8，产生100HZ的方波
case '7':
case '8':
   digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
   delay(5);
   digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
   delay(5);
   break;
  }
}

void keypadEvent(KeypadEvent key)
{
  switch (keypad.getState())
  {
//有按键发生时
case PRESSED:
   switch (key)
   {
      //按键1控制电机使能
      case '1':
      ENA_TOGGLE = !ENA_TOGGLE;
      if (ENA_TOGGLE == HIGH)
      {
         XMOTOR_TOGGLE = LOW;
         YMOTOR_TOGGLE = LOW;
      }
      digitalWrite(ENA_PIN, ENA_TOGGLE);
      break;
      //按键2控制X轴电机开关
      case '2':
      if (ENA_TOGGLE == LOW)
         XMOTOR_TOGGLE = !XMOTOR_TOGGLE;
      break;
      //按键3控制Y轴电机开关
      case '3':
      if (ENA_TOGGLE == LOW)
         YMOTOR_TOGGLE = !YMOTOR_TOGGLE;
      break;
      //按下按键4、7时，控制Y轴电机转向为HIGH
      case '4':
      case '7':
      digitalWrite(YDIR_PIN, HIGH);
      break;
      //按下5、8时，控制Y轴电机转向为LOW
      case '5':
      case '8':
      digitalWrite(YDIR_PIN, LOW);
      break;
   }
   break;
//有按键长按时
case HOLD:
   if (YMOTOR_TOGGLE == HIGH)
   {
      if (key == '4' || key == '5' || key == '7' || key == '8')
      YMOTOR_STATE = key;
   }
   break;
//有按键释放时
case RELEASED:
   if (YMOTOR_TOGGLE == HIGH)
   {
      if (key == '4' || key == '5' || key == '7' || key == '8')
      {
      YMOTOR_STATE = 0;
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      }
   }
   break;
  }
}

lveader · 发表于 2020-4-3 09:38

高人!

ll1234567 · 发表于 2020-4-3 12:37

不错，把程序复制下来了。

tianyuan08 · 发表于 2020-4-4 13:36

更新了一下程序，加了一个计数器变量，arduino上电的时候，变量初始化为0，当调焦筒伸出时每个脉冲计数器+1，当计数值到达30000的时候，按键也不再发送脉冲让调焦筒伸出。收回的时候计数值每个脉冲递减1，当脉冲计数大于1000时，以2000HZ的速度收回，当计数小于1000时，开始以100HZ收回，计数值到达0时，按键不也不再发送脉冲。这样就可以保护机械部分，避免调焦筒伸出、收回的时候到达限位时继续让电机运转造成机械部件的损伤。由于使用了步进电机控制，所以完全可以用程序来保护，不用加什么限位开关之类的了。另外，30000的上限是按照我的电机调速以及调焦筒最大伸出算的，方法很简单，在调焦筒上画一条线，控制电机让调焦筒伸出到达线停止，此时查看一下用了多少个脉冲即可~

更新程序如下：
#include <Key.h>
#include <Keypad.h>
#include <TimerOne.h>

//define ena for all motors
#define ENA_PIN 8

//define motor pins
#define XDIR_PIN 5
#define YDIR_PIN 6
#define XSTEP_PIN 2
#define YSTEP_PIN 3

//define keypad rows and cols
#define ROWS 3
#define COLS 3

//define a keymap
unsigned char keys[ROWS][COLS] =
{
  {'1', '2', '3'},
  {'4', '5', '6'},
  {'7', '8', '9'}
};

//row->pin, col->pin
byte rowPins[ROWS] = {A3, 13, 12};
byte colPins[COLS] = {A2, A1, A0};

//register keymap and pins
Keypad keypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, ROWS, COLS);

//XPUL_STATE保存X电机驱动电平状态
volatile byte XPUL_STATE = LOW;

//X电机，Y电机开关
volatile byte XMOTOR_TOGGLE = LOW;
volatile byte YMOTOR_TOGGLE = LOW;

//电机使能开关
volatile byte ENA_TOGGLE = HIGH;

//Y电机状态,指示哪个键被长按
volatile unsigned char YMOTOR_STATE = 0;

//Y电机的累计脉冲数, 不受电机使能、Y电机开关置0，上电后初始化为0
volatile unsigned int YSTEP_CNT = 0;

void setup() {
  //set pin mod
  pinMode(ENA_PIN, OUTPUT);
  pinMode(XDIR_PIN, OUTPUT);
  pinMode(XSTEP_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YDIR_PIN, OUTPUT);
  pinMode(YSTEP_PIN, OUTPUT);
  //set pin value
  digitalWrite(ENA_PIN, ENA_TOGGLE);
  digitalWrite(XDIR_PIN, HIGH);
  //设置timer1的频率为32HZ,则每31.25ms触发一次
  Timer1.initialize(31250);
  Timer1.attachInterrupt(timer1_ISR);
  //set keypad listener
  keypad.addEventListener(keypadEvent);
  //set hold dealy
  keypad.setHoldTime(500);
  //set serail
  Serial.begin(9600);
}

//timer1的触发频率为32HZ，也就是1秒触发32次高低电平转换，则1秒为16HZ的方波信号，600秒产生9600个周期
void timer1_ISR()
{
  if (XMOTOR_TOGGLE == HIGH)
  {
XPUL_STATE = !XPUL_STATE;
digitalWrite(XSTEP_PIN, XPUL_STATE);
  }
}

void loop() {
  //listern keypad
  keypad.getKey();
  //drive Y-MOTOR
  switch (YMOTOR_STATE)
  {
//长按按键4、5，产生2000HZ的方波
case '4':
   if(YSTEP_CNT>0)
   {
      if(YSTEP_CNT>1000)
      {
      digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
      delayMicroseconds(250);
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      delayMicroseconds(250);
      }
      else
      {
      digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
      delay(5);
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      delay(5);
      }
      YSTEP_CNT--;
   }
   break;
case '5':
   if(YSTEP_CNT<30000)
   {
      digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
      delayMicroseconds(250);
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      delayMicroseconds(250);
      YSTEP_CNT++;
   }
   break;
//长按按键7、8，产生100HZ的方波
case '7':
   if(YSTEP_CNT>0)
   {
      digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
      delay(5);
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      delay(5);
      YSTEP_CNT--;
   }
   break;
case '8':
   if(YSTEP_CNT<30000)
   {
      digitalWrite(YSTEP_PIN, HIGH);
      delay(5);
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      delay(5);
      YSTEP_CNT++;
   }
   break;
  }
}

void keypadEvent(KeypadEvent key)
{
  switch (keypad.getState())
  {
//有按键发生时
case PRESSED:
   switch (key)
   {
      //按键1控制电机使能
      case '1':
      ENA_TOGGLE = !ENA_TOGGLE;
      if (ENA_TOGGLE == HIGH)
      {
         XMOTOR_TOGGLE = LOW;
         YMOTOR_TOGGLE = LOW;
      }
      digitalWrite(ENA_PIN, ENA_TOGGLE);
      break;
      //按键2控制X轴电机开关
      case '2':
      if (ENA_TOGGLE == LOW)
         XMOTOR_TOGGLE = !XMOTOR_TOGGLE;
      break;
      //按键3控制Y轴电机开关
      case '3':
      if (ENA_TOGGLE == LOW)
         YMOTOR_TOGGLE = !YMOTOR_TOGGLE;
      break;
      //按下按键4、7时，控制Y轴电机转向为HIGH
      case '4':
      case '7':
      digitalWrite(YDIR_PIN, HIGH);
      break;
      //按下5、8时，控制Y轴电机转向为LOW
      case '5':
      case '8':
      digitalWrite(YDIR_PIN, LOW);
      break;
   }
   break;
//有按键长按时
case HOLD:
   if (YMOTOR_TOGGLE == HIGH)
   {
      if (key == '4' || key == '5' || key == '7' || key == '8')
      YMOTOR_STATE = key;
   }
   break;
//有按键释放时
case RELEASED:
   if (YMOTOR_TOGGLE == HIGH)
   {
      if (key == '4' || key == '5' || key == '7' || key == '8')
      {
      YMOTOR_STATE = 0;
      digitalWrite(YSTEP_PIN, LOW);
      }
   }
   break;
  }
}

九大行星 · 发表于 2020-4-5 11:23

很羡慕会编程的人！

紫气东来 · 发表于 2020-4-22 20:06

厉害厉害

hldcloudyou · 发表于 2020-4-22 23:24

能编程的都是高手

KKKVVV · 发表于 2020-4-23 09:06

能编程的都是高手

vvv64 · 发表于 2020-4-25 14:18

很羡慕会编程的人！

信达小黑黑 · 发表于 2020-4-25 18:21

大神级别的人物啊！顶一下！新手膜拜中。

folker · 发表于 2020-6-25 23:43

断电以后保存不了电机位置的。每次还是要回个参考点。这玩意还是要用多圈绝对值编码器才行吧。

弹琴的人 · 发表于 2020-7-10 10:29

膜拜大神。

bell.chang · 发表于 2020-7-10 11:04

曾几何时，我也是单片机编程爱好者，现在，。。。，一言难尽....

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[自制DIY] 再做一个简单的电调焦

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