改造小黑+eq3d赤道仪，第一阶段-硬件改造完毕

1.主体：

         小黑+EQ3Dpro+钢脚+导星镜+调光轴用的螺丝和目镜，2017年5月初购买。

2.用途：

（1）折腾玩，自己实现自动对焦、图像拼接、图像叠加、导星、视频目标跟踪、Goto等算法（图像处理和模式识别是本人的主业）；

（2）旅游时到野外目视，或者通过摄像头目视，安静地感受宇宙。。。。

3.改装的大体思路：

         16年末曾经买了个西光105口径的马卡，随便看着玩，不幸看了3次就不小心从楼上阳台掉了下来，那个碎呀！万幸没砸到人。那时候不懂天文，小马卡没有赤道仪，找星太费劲，没有电跟高倍下目标不到1分钟就没了，大大不爽。

         后来看大家用小黑很多，实际看了，跟其他镜子对比，效果和性价比都不错，于是今年5月份下手买了小黑，效果确实要比西光小马卡好一些。由于主要是目视，买了不咋地的EQ3DPro赤道仪，带电跟和极轴镜（EQ3DPro抗风能力和精度都不行，不适合长曝拍摄）。但是问题来了：那个电跟太他妈垃圾，不说最大速度只有8x，最主要的问题是无法手动和电动自动切换，找星那个费劲，而且电跟的那两个电机的连接方式居然只有1个螺丝，这点对于具有严重“结实强迫症”的我是不能忍受的。我说我改望远镜的原因之一是原配电机只用1个螺丝固定，这个理由充分吗？哈哈。。所以必须改改改！增加如下功能：

（1）用48步进减速电机驱动DEC和RA轴，既能保留电跟又能高速移动。

（2）电调焦电机，以后实现自动对焦功能。

（3）无线控制，用无线手柄遥控移动，这个很有必要，至少可以防止小孩把线挂到。

（4）保留手轮的手动功能，手动自动随意切换，没电照样能弄。

（5）主镜上加绿激光指星，可以用无线手柄遥控开启或关闭，这样找星非常方便。

（6）加GPS模块、磁场传感器和重力加速度传感器，能够运算出望远镜当前的姿态，这样可以：a避免主镜碰撞，b看不见北极星的情况下结合GPS辅助对极轴，c辅助Goto，d镜身异常抖动的判断，e等等。。。

（7）天文摄像头，导星镜，主镜各用一个。

（8）在主镜上加迷你电脑，通过wifi将摄像头图像传回笔记本电脑上，所有的图像处理程序也将放到该mini-PC上运行。wifi+无线手柄的配置，可以让我在不触碰望远镜的情况下完成所有观测。家在沈阳，除了冷天就是热天，很少有气温适宜的时候。有了无线，天冷的时候我可以躲在车里看图像，不至于挨冻，天热的时候也可以躲车里吹风还避免被蚊子叮。。。

4.进展和硬件介绍：

         目前已经完成了上面的8条，搭好了硬件并写好了所有的驱动和demo，能够无线遥控和观看图像，这算是第一阶段吧，具体的改装要分为五个阶段：

第一阶段：完成硬件改造，后续阶段不再对硬件做任何更改了（已完成，所以发帖庆祝下）。

第二阶段：完成自动对焦和视频跟踪辅助电跟功能（你们说的导星），天文望远镜的调焦行程大，要完成自动快速对焦不是个简单的活，核心是对图像清晰度的评价。

第三阶段：实现自动曝光、去噪、帧叠加等功能，完成对行星的自动拍摄，对月球等大目标的高倍拍摄还有实现图像自动拼接的功能。

第四阶段：完成望远镜姿态计算，硬件部分已经在DEC轴和RA轴分别加了MPU9250九轴传感器，可以根据RA轴直接获得RA轴的姿态，DEC轴需要减去RA轴的叠加部分，涉及到矩阵运算。在PC上通过OpenGL-3D的方式实时显示望远镜姿态，实现辅助对极轴，避免碰撞等实用功能。

第五阶段：实现基于图像识别的半自动Goto算法。EQ3D的机械精度不高且步进电机没有Heq6等这些的伺服电机精度高，因此纯粹的无反馈的Goto精度很难保证；再有我不太喜欢傻瓜似的Goto系统，可玩性差；Goto系统带有数万个天气数据，可是大家常看的天体也就100个左右，很多星座上的恒星很亮，很容易找到，手动对我来说很有趣，还可以学习天文知识，更本没必要Goto。因此，打算结合图像识别，主要对目视不容易看到的天体（如星云和深空天体等），具体原理：比如m101在牧夫和大熊附近，我先手动用望远镜对准牧夫和大熊上的亮星，一般需要3颗以上；然后根据视频图像校准并计算出相对位置；最后望远镜自动Goto到m101上。这种半自动做法符合我的观测习惯，至于是否符合天文老手的习惯，我并不Care。

5.说明：

         有些人会对说我：“很多功能和软件都是现成的，直接拿来用不就行了，自己全部动手做费事费力，效果还不如人家，背离了天文观测的初衷。你应该先把天文基础知识搞懂才是正道。”我想说的是：每个人的玩法不同，我的爱好就是写程序和折腾，对于天文知识，我觉得我只要知道地球以北极星为轴旋转就足够了（天文高手们可能又要指正是北极星偏一点，呵呵），我不喜欢大冷天坐一晚上等着出相片的场景，因为拍的再好也不可能赶不上哈勃。我喜欢舒舒服服的呆在车里，带着对受远方天体的敬畏，喝着热咖啡，写着程序，这是我想要的。。

6.硬件-总体：

（1）整体介绍-整体后.jpg

整体后

（2）整体介绍-整体右.jpg

整体右

（3）整体介绍-整体左.jpg

整体左

（4）整体介绍-整体左2.jpg

整体左2

（5）整体介绍-主体dec ra.jpg

主体 DEC ra 介绍

主体由3部分构成：1.主镜，包括：主镜本身及Camera、主镜电调焦电机、导星镜及Camera、寻星镜、绿激光模块、i5 6200迷你PC、迷你wifi无线路由器、主镜电气接口。

2.DEC，包括：DEC电机、MPU9250九轴姿态传感器、DEC电气接口。

3.RA，包括：RA电机、MPU9250九轴姿态传感器、RA电气接口。

More pic:

望远镜主体.jpg

望远镜主体

（6）遥控器-摇杆正面.jpg

摇杆正面

遥控器我费了不少时间，要吐槽一下，那个摇杆的质量太TM差了，机械行程很大，但电压的线性输出区域很小，往上掰一点电压就MAX了，测试时还让我掰坏了2个。本来想用摇杆在一个大的速度区间内无极变速调速，左摇杆控制DEC和RA电机，右摇杆控制调焦FC电机。现在没办法，对于DEC和RA，只能拆成了4个速度区段（超低速、低速、高速、超高速），而对于FC，使用了2个速度区段，每个区段在小范围内可以无极调速。

         摇杆的具体操作为：1.左摇杆开关打开后，左摇杆可以控制DEC和RA，根据摇杆按钮的按下或释放，有两个速度区间选择（超低速和低速），根据摇杆模拟电压无极变速调速，但都是低速，可以微调移动；2.如果左摇杆开关打开且右摇杆开关关闭，那么右摇杆可以实现DEC和RA的高速移动，至于是什么128x还是512x因为我的控制方式不同，不好转换，大致相当于Goto的128x吧，其实可以更快，我怕EQ3D的蜗杆受不了；3.如果右摇杆开关打开，则右摇杆用于调焦控制，上下移动摇杆可以在高速区段无极变速调焦，左右移动摇杆可以低速精确调焦。

         摇杆的主控为Stm32F407，Cortex-m4内核CPU，最高168Mhz主频，速度跟51、AVR比起来那是相当吊了。操作系统使用以前编写的基于状态机和时间触发的简易的嵌入式操作系统，同时跑几十个任务小意思。整个遥控器的功耗为5v 0.25a左右，主要是屏幕耗电最大，用两节2300mha的18650电池供电，正常使用10个小时没问题，。

         电路板采用常见的手工热转印大法，双面板，裸露铜薄线上锡保护，使用较好的无铅焊锡，几年内都可以保证焊点和铜薄的光亮、无氧化。

         more pic:

遥控背面.jpg

摇杆背面

遥控上面.jpg

摇杆上面

摇杆mpu.jpg 获取姿态数据中

获取姿态数据中

比例对比

比例对比

（7）供电-电池上.jpg

电池上面

电池由4节3.2v 42ah的磷酸铁锂电池串联组成，额定输出12v电压，满电13.6v输出，外壳为亚克力粘接，里面有4串均衡板，均衡充电，最大放电电流达80A，带过流过充保护。磷酸铁锂的寿命较长、安全、价格也不贵，整组电池全部是DIY的，300元不到。

        整机的功耗由3个部分组成：1.PC，最大20w，平均15w左右；2.望远镜主控，cpu：cortex-m4，STM32F407，加上其他外围模块，最多也就是2w左右；3.三个步进电机的驱动，这个取决于使用频度，没法量化，正常使用也就大概20w左右吧。这样，整机功耗小于37w。磷酸铁锂电池组能提供大概0.4度左右的电力，正常观测10个小时没问题，每次观测前充满电即可。

        外壳采用5mm的亚克力板，使用AB环氧树脂胶粘接，顺便说一下：粘接亚克力可以有很多种类的胶选择，有专用的亚克力胶或者UV无影胶，亚克力胶太稀，缝隙胶大时粘接效果不高，脆性太大；UV胶需要紫外线照射固化，麻烦，实际使用下来还是AB胶最好用。

（8）主镜-小电脑.jpg

迷你电脑

主镜的电脑是一台i6 6200u的迷你低功耗电脑。通过自制的100m网线与无线路由相连，然后外面的笔记本电脑或者其他电脑可以通过TeamViewer远程控制该PC，这台电脑2200元。

         电脑的固定方法是：5mm的亚克力板做支架，在主镜铝合金抱箍上攻了两个丝，用m5的内六角螺丝拧在抱箍上，绝对结实！

         这里要吐槽一下振旺的ASI系列摄像头，我手里的是ASI120MC，主要用于算法验证。该摄像头的优点是：全金属外壳，可以手动调曝光时间(exposure)和增益(gain)，提供完善的SDK，可以编程2次开发，我就是看中提供SDK这点；缺点是：980元一个，暴力死贵的，较小的幅面，效果不必普通摄像头好多少。最关键一点：ASI的USB驱动存在设计缺陷，接i5 6200u这种低功耗CPU时，CPU在占用率低于10%时，会在硬件层面自动降低USB带宽，使得摄像头无法正常使用，下面是ASI提供的SDK中的demo运行结果，丢帧那个惨啊！

丢帧.jpg

asi 丢帧

图上全是丢帧，无图像输出。而把摄像头接到其他电脑上都是好使的。

         一开始看到丢帧现象，我不知道是摄像头问题，既然只有接在这台小电脑才会出问题，再加上，我知道给电脑供电的电源是网上买的dc-dc升压电源，质量一般。所以我第一反映就是认为存在电源干扰，然后做了共模滤波器，加了质量很好的磁环，如下，结果没有解决丢帧问题。

共模滤波.jpg

共模滤波

为什么使用共模滤波呢？由于电源线较长，我量了下，从电压出来到小电脑端，电源线的电阻有0.2欧姆左右，这样双向就0.4欧姆，2a的电流会在正负线上各自产生0.4v左右的压降，随着电脑负荷的变化，电源的两条线必定会产生共模干扰。通过示波器观察也是如此。

         可是滤除共模干扰后，还是无法正常使用ASI的摄像头，换其他19v的电源或者使用稳压电源也是如此。然后我就怀疑小电脑的usb接口有问题，于是先后试了高速的usb3.0u盘，其他品牌的摄像头，都没问题，高速且非常流畅！这样排除了usb的硬件问题。于是我又考虑是不是驱动的设置问题，然后我把电脑电源方案调成高性能，在驱动中取消“允许计算机关闭此设备以解决电源”，在电源计划中取消“USB暂停设置”等等，还是不行。然后我又在网上查，网上说i5 6200u这种新的cpu用win7不合适，然后我又装win8，装win10，还是不行。我就彻底蒙了。然后偶然一次测试我发现：将1个普通摄像头和ASI120mc同时接到任意2个usb口上，ASI120mc丢帧无输出，但只要那个普通摄像头一开ASI立马输出图像，稳定无丢帧，只要那个普通摄像头一关，ASI立刻随之歇菜，这种现象太神奇了！！然后又是一顿折腾。后来又发现，一边拷贝文件一般打开ASI摄像头也可以正常显示，我才意识到只有让cpu占用率保持在10%以上时才行。。。我对windows下的usb驱动编写不熟，但可以判断，ASI的摄像头驱动是存在缺陷的。该公司的摄像头在多数电脑下使用没问题，但使用i5 6200u这类cpu的同学要注意了，要想正常使用ASI摄像头，一定不能让cpu闲着。。。否则它也给你闲着。。

         下面是我根据ASI提供的SDK，用Qt+opencv写的摄像头采集程序（demo）界面：

pc界面1.png

pc 界面 Qt1

pc界面2.png

pc 界面2

可以同时打开2个摄像头，并设置关键参数，并显示原始高分辨率视频帧，昨天刚刚调试好了QT下串口的控制。需要注意的是：ASI长曝时等待时间很长，为了避免界面假死，程序中，必须另开线程用于抓帧。同时为了不让CPU闲着，不管有没有抓到帧，我都以50fps的帧速刷新显示，浪费是极大的犯罪，但是摊上这事儿也没办法。

(9)主镜-绿激光

激光2.jpg

激光2

人眼对绿色特别敏感，所以指星笔都是绿色的，这样可以看见夜晚看见光束，红色或紫色的激光要想达到这个效果起码功率比绿光大5倍以上。

         这个点状绿激光聚集性很好，加上可调支架包邮200多元。

         可以通过遥控器上的开关遥控打开绿激光，再加上指星笔，确实非常适合教小孩认星座，虽然我自己也不认识，哈哈。。。

more pic:

激光.jpg

绿激光

(10)主镜-调焦1.jpg

电调焦

电调焦部分是在网上购买的，他是用3d打印出来的支架。说实话，不咋地，不够牢固。本来DEC和RA的支架也想让他帮忙弄，但是拿到这个电调焦支架后，我还是自己弄DEC和RA支架吧。3D打印的强度一般般，容易开裂。

        电调焦的步进电机是普通的短48步进电机，1.5A，0.3NM，1.8度步进角，转一圈要200步。点调焦支架加步进电机一共70多元。

        电调焦机械部分负荷小，0.3NM的电机带起来很轻松，所以不要减速电机，连轴直驱一点问题没有，而且不需要惯性加速度调节，驱动它特别省事。DEC和RA就没那么简单了，望远镜很重，惯性很大，不能在高速下急停，或者静止下突然启动，电机驱动必须考虑到惯性和加速度因素，否则那打齿声和晃动令人心悸！，

(11)主镜-导星.jpg

导星镜及camera

        导星镜是从网上买望远镜时就带的，做工不错，不是我弄的，不多说了。。
(12)主镜-主镜接口.jpg

主镜接口

主镜上的所有器件通过一个8芯的弹簧电缆与底下的主控制器连接，为了保证强度，还是用5mm的亚克力代替电路板做借口，非常结实！
        全部接口采用不锈钢的航空接口，非常牢固。
        8芯电缆中，4个芯用于调焦电机的驱动，2个芯用于绿激光的控制，2个芯用于给电脑供电（19v）。弹簧线看着不长，因为它卷起来的，但实际上奸商说有3米长左右。电脑的电源线和步进电机的A/B控制线是并行走线，所以你们知道我为啥发现摄像头问题后第一反映就是电源干扰。步进电机和电源并行走线是不科学的。但是为了不使电线凌乱，没有办法。
        让后再说说共模滤波的事，一开始我是根据电路参数自己绕的共模电感，4.8mh左右，参数刚好，可是那个淘宝买的漆包线太T__ M扯淡，漆太薄，一不小心就掉漆、短路了，结果下面的DC-DC升压电源就着火了，然后我知道，它居然没有短路保护功能。
  dc-dc.png

不带短路保护的dc-dc

在弥散刺鼻的烟雾中，我回想起了以前一次次被骗，一次次买到低劣的元件的经历。我再次告诫大家：在淘宝上买元件一定懂得鉴别，拿到手要充分的测试，不能信宣称，劣质的太多！还有那个无线遥控上用的该死的垃圾的zigbee模块，浪费了我大量的时间，我一会儿再说。

（13）DEC-DEC电机.jpg DEC齿轮.jpg

dec电机

电机采用0.7NM的长的48步进电机，齿轮采用1模的大齿轮，DEC不参与电跟，所以选择电机的时候只要有劲即可，两个齿轮的传动比我也没仔细算，无所谓的，可以通过软件补偿。有些人用0.4NM的小功率的步进电机也行。但是我之所以选择大功率的，是因为：我把DEC轴的空程调的很小，几乎不存在空程（很讨厌蜗杆的空程），所以拧起来要稍微用力，在加上上面的望远镜+导星镜+电脑的重量很大，实际上已经超出了EQ3D推荐的保证精度的载重范围（大概是6.5kg左右），所以为了保证速度，使用了0.7NM的大力矩的步进电机，就是费点电而已，但转着安心。

        电机和赤道仪用一块厚3mm宽40mm长140mm左右的钢板连接，用3颗螺丝安装原来的DEC电机座上，轴的方向方向是对向的，否则DEC电机和RA电机会相撞。

        顺便吐槽下EQ3D赤道仪，纯铝的主体，质地非常软，螺丝拧太紧很容易滑牙，我就把调DEC空程那两颗螺丝搞滑牙的，不过俺有攻丝机，改大点螺丝就OK了。但是在EQ3D上钻孔比转钢板爽多了，3mm的钢板我最慢半分钟钟才能钻一个孔，快点也得10几秒，5mm厚的铝赤道仪，2秒一个孔，秒钻，看来好多赤道仪贵是有道理的，5000多的赤道仪至少不用铝这么软的材料。

        还有就是调DEC的空程，涉及到6个螺丝，我是这样调的，效果不错，如下图，首先固定螺丝1,2，然后将螺丝6（固定蜗杆的螺丝）拧紧，注意一定要把固定蜗杆的螺丝6拧紧，让蜗杆无法横向移动，然后螺丝3,4,5需要配合着调节，直到感觉没空程又顺滑为止。

DEC空程.jpg

空程dec

再有就是齿轮的选择问题，我选的是钢制的1模的齿轮，齿轮模数越大齿轮就越大越结实，我想至少要选择0.75模以上的把，太小的齿很容易打齿。
(14)DEC-DEC接口.jpg

dec接口

两个4芯的航空接口接在RA的接口板上，然后再连接到控制器上，这样可以减少连线，其中DEC的MPU9250与RA的MPU9250可以公用4条IIC信号和电源线。
（15）RA-RA连轴.jpg

RA结构

RA要电跟，所以精度要保证，采用1:5.18的减速机，用铝合金弹性联轴器直连。设计时参照了原装的电跟，如下：

电跟.jpg

原装电跟

这种破东西要700多块，就一个51单片机，我都无语了。。。。。

        原装的RA电机每11分钟（660秒）转一圈，所以我的RA步进电机要660/5.18=127.4131274秒转一周，不加电机细分的情况下每200步一周，因此步进的脉冲周期为：127.4131274/200=0.63705秒，这样慢的脉冲周期步进电机肯定会咯噔咯噔的，所以必须加电机细分，我使用的是较为稳定的32细分，这样脉冲周期就变成了0.63705/32=0.019908s了，即每隔199毫秒左右给电机一个脉冲，就可以实现电跟了。这个速度也很慢，为了防止咯噔咯噔跳动，我使用了DSP电机驱动器，在低速平稳性上比廉价的TB6600好的多，一会儿我会再详细的介绍。

        最后测试的结果是，对好极轴后，能够稳定的电跟，我对着木星十多分钟，木星纹丝未动，图像也没有任何跳动，感觉满意，十多分钟已经足够我的了。

        然后来说说DEC和RA的惯性和加速度问题。它们不能高速急停和急起，否则。。。。。我把加速度调节算法写到了主控制器里面，速度以2陪的速度递增或递减，从静止加速到最高速度或从最高速度降到0大概要0.3秒左右，别看只有0.3秒，比起急停那是非常的平顺！！控制电机运转的命令格式我采用“速度+步速”的方式，比如<RP-0112-011-3100>表示控制RA电机正转（R表示RA电机，P表示正转），速度为112，运行的距离为11圈零3100步（32细分后每6400步一圈），这样可以精确控制电机移动，实测重复定位精度，未发现丢步导致的偏差。加速度调节最麻烦的地方在于：你想让电机以最高速度正转500步，但是由于惯性加速度调节的关系，400步左右才能带到最高转速，所以只走500步的话根本无法达到最高转速，刚加速起来就得赶紧把速度将下来刹车，就好像你做飞机飞100公里，没到爬到最高点就得下来一样，这个调控时机你要计算，代码不多但有点麻烦，我整整调了2天。

        然后说说为什么选用1:5.18的减速机，普通48步进电机（包括57、86等）推荐的保证力矩的最高转速只有300转左右，再高就没有力矩了，一按就停。所以为了不能用太高的减速比，否则电动控制时太慢了。除非使用伺服电机，不过有点贵。再有这个减速比不大，可以保留手动调节，太高的减速比用手就拧不动了，这个刚好还可以拧动。满足了我同时手动和自动随意切换的需求。

        需要注意的是，只有将步进电机驱动器的ENA-拉低，让电机控制线悬空才能用手拧的动，否则电机连到控制器上，控制器带电，电机也是拧不动的。这些功能我在程序中都自动实现：只要电机不运动就自动将ENA-拉低，这样就可以随意转动了。

(16)RA-RA接口.jpg

ra接口

RA接口有4个，其中两个4芯的来自于DEC，跟主控（后面介绍）连接的只有两个线，一个4芯的IIC接口，连接两个MPU9250，另外一个8芯的分别控制DEC和RA电机。实际上连线还是比较整齐的。
(17)主控-控制器.jpg

控制器

控制器和电池放在一起，防止望远镜的底下。控制器的cpu还是Stm32F407，168mhz。里面主要模块有：GPS模块，无线模块，电源电压采样ADC，指示灯，蜂鸣器，2个uln2803达林顿驱动芯片。懒得拆了，这是PCB。
主控pcb.png

主控pcb AD10

pcb很简单，都是现成的模块，然后热转印大法制板。。。。
        这里再吐槽下Zigbee模块，原来使用Zigbee串口模块通信，原来一直再用，想着不是稳定嘛。标准的Zigbee协议带自动组网和路由功能，但是有个问题：不能连续发送数据，只能一个包一个包的发，每个包的包长有限制，一般几十个字节，包与包的时间间隔要100ms左右（具体多少我忘了，懒得查了），这个在我的望远镜里是不行的，主要是包与包的间隔时间太长了。于是我买了下面的zigbee模块，卖家修改了zigbee协议，取消了路由，只能点对点或者广播，于是噩梦开始了。。
zigbee.png

zigbee

注意它说的不限包长，我这里必须爆粗口，这样才爽：是t--M的不限包长，是t--M的能连续发送，可是我每隔50ms发送20字节的定长包，总共2000个字节，你T--m的接收端何以先接收15个字节然后等300ms，再接收32个字节，再等56ms接收17个字节，再等214ms接收156个字节，再。。。。。。。M... D，导致我的望远镜一卡一卡的。。。还经常的断链。
        后来我使用传统的基于433m模块的无线串口，那个爽快那个稳定。。。。。这个433m模块我都不知道什么时候买的了，家里有好几个，拿来就用吧，因为我知道433m比2.4g稳定，距离也远，2.4g太容易受到wifi干扰。
（18）步进电机驱动
步进电机.jpg

步进电机驱动

这个也是跟电池绑在一起的。分别对DEC，RA，电调焦（FC）三个步进电机进行驱动。其中DEC和RA的使用了DSP驱动器（大的那个），100多一个，电调焦使用了简单的TB6600驱动器（小的那个）。要想更好的可以用雷赛的驱动，300多一个，不过没必要。使用DSP驱动可以保证电机在低速的情况下不抖动，因为我的RA减速比只有5.18。DSP和TB6600的低速效果差别非常大，DSP的基本没有任何噪音，低速运行平稳，而TB6600在低速下就像用指甲挠黑板一样，吱吱的，老大的声音，听着都恶心，摸着连手都跟着抖，我一开始就注意到了低速下步进电机的细分精度和抖动问题，选DSP驱动器还是正确的。
        步进电机驱动可以自己做，不难，那些赤道仪的Goto的步进电机都是做到控制板里面的，所以看着很小。但是自己做容易产生电磁干扰问题，一旦因为PCB设计失误导致电磁干扰，很容易导致cpu和外设不稳定，采集信号失真等。
(19)架子
架子.jpg

木架子

为了方便车载移动，做了一个木头支架，当然非常牢固，防滑。。。。。

（20）最后展示一下我的座驾。
旅游专用-大白车-床车1号。
大白 外部.jpg

大白 外部

大白 电视.jpg

电视 车载

dtmb数字电视和副电瓶。

大白 内部1.jpg

内部1

可以变成床（中铺），可以前后移动，可以变成桌子的中排座椅，两个车载风扇，纱窗、窗帘。

大白 内2

内部2

后面的上铺，下铺用于放东西或者住人，中铺和上铺都能住人。最多可以住3个大人和2个小孩。

大白车是第二辆车，改装它也花了不少时间，今年初改造的，不属于本论坛范围，不详细介绍了。

马上开始改造的第二阶段，加油吧。。。。。。

丢帧

图上全是丢帧，无图像输出。而把摄像头接到其他电脑上都是好使的。
        一开始看到丢帧现象，我不知道是摄像头问题，既然只有接在这台小电脑才会出问题，再加上，我知道给电脑供电的电源是网上买的dc-dc升压电源，质量一般。所以我第一反映就是认为存在电源干扰，然后做了共模滤波器，加了质量很好的磁环，如下，结果没有解决丢帧问题。
共模滤波.jpg

共模滤波

为什么使用共模滤波呢？由于电源线较长，我量了下，从电压出来到小电脑端，电源线的电阻有0.2欧姆左右，这样双向就0.4欧姆，2a的电流会在正负线上各自产生0.4v左右的压降，随着电脑负荷的变化，电源的两条线必定会产生共模干扰。通过示波器观察也是如此。
        可是滤除共模干扰后，还是无法正常使用ASI的摄像头，换其他19v的电源或者使用稳压电源也是如此。然后我就怀疑小电脑的usb接口有问题，于是先后试了高速的usb3.0u盘，其他品牌的摄像头，都没问题，高速且非常流畅！这样排除了usb的硬件问题。于是我又考虑是不是驱动的设置问题，然后我把电脑电源方案调成高性能，在驱动中取消“允许计算机关闭此设备以解决电源”，在电源计划中取消“USB暂停设置”等等，还是不行。然后我又在网上查，网上说i5 6200u这种新的cpu用win7不合适，然后我又装win8，装win10，还是不行。我就彻底蒙了。然后偶然一次测试我发现：将1个普通摄像头和ASI120mc同时接到任意2个usb口上，ASI120mc丢帧无输出，但只要那个普通摄像头一开ASI立马输出图像，稳定无丢帧，只要那个普通摄像头一关，ASI立刻随之歇菜，这种现象太神奇了！！然后又是一顿折腾。后来又发现，一边拷贝文件一般打开ASI摄像头也可以正常显示，我才意识到只有让cpu占用率保持在10%以上时才行。。。我对windows下的usb驱动编写不熟，但可以判断，ASI的摄像头驱动是存在缺陷的。该公司的摄像头在多数电脑下使用没问题，但使用i5 6200u这类cpu的同学要注意了，要想正常使用ASI摄像头，一定不能让cpu闲着。。。否则它也给你闲着。。
        下面是我根据ASI提供的SDK，用Qt+opencv写的摄像头采集程序（demo）界面：
pc界面1.png


pc界面2.png

         可以同时打开2个摄像头，并设置关键参数，并显示原始高分辨率视频帧，昨天刚刚调试好了QT下串口的控制。需要注意的是：ASI长曝时等待时间很长，为了避免界面假死，程序中，必须另开线程用于抓帧。同时为了不让CPU闲着，不管有没有抓到帧，我都以50fps的帧速刷新显示，浪费是极大的犯罪，但是摊上这事儿也没办法。

(9)主镜-绿激光

激光2.jpg

        人眼对绿色特别敏感，所以指星笔都是绿色的，这样可以看见夜晚看见光束，红色或紫色的激光要想达到这个效果起码功率比绿光大5倍以上。

        这个点状绿激光聚集性很好，加上可调支架包邮200多元。

        可以通过遥控器上的开关遥控打开绿激光，再加上指星笔，确实非常适合教小孩认星座，虽然我自己也不认识，哈哈。。。

more pic:

激光.jpg

(10)主镜-调焦1.jpg

电调焦部分是在网上购买的，他是用3d打印出来的支架。说实话，不咋地，不够牢固。本来DEC和RA的支架也想让他帮忙弄，但是拿到这个电调焦支架后，我还是自己弄DEC和RA支架吧。3D打印的强度一般般，容易开裂。

         电调焦的步进电机是普通的短48步进电机，1.5A，0.3NM，1.8度步进角，转一圈要200步。点调焦支架加步进电机一共70多元。

         电调焦机械部分负荷小，0.3NM的电机带起来很轻松，所以不要减速电机，连轴直驱一点问题没有，而且不需要惯性加速度调节，驱动它特别省事。DEC和RA就没那么简单了，望远镜很重，惯性很大，不能在高速下急停，或者静止下突然启动，电机驱动必须考虑到惯性和加速度因素，否则那打齿声和晃动令人心悸！，

(11)主镜-导星.jpg

导星镜是从网上买望远镜时就带的，做工不错，不是我弄的，不多说了。。

(12)主镜-主镜接口.jpg

        主镜上的所有器件通过一个8芯的弹簧电缆与底下的主控制器连接，为了保证强度，还是用5mm的亚克力代替电路板做借口，非常结实！

        全部接口采用不锈钢的航空接口，非常牢固。

        8芯电缆中，4个芯用于调焦电机的驱动，2个芯用于绿激光的控制，2个芯用于给电脑供电（19v）。弹簧线看着不长，因为它卷起来的，但实际上奸商说有3米长左右。电脑的电源线和步进电机的A/B控制线是并行走线，所以你们知道我为啥发现摄像头问题后第一反映就是电源干扰。步进电机和电源并行走线是不科学的。但是为了不使电线凌乱，没有办法。

        让后再说说共模滤波的事，一开始我是根据电路参数自己绕的共模电感，4.8mh左右，参数刚好，可是那个淘宝买的漆包线太T__ M扯淡，漆太薄，一不小心就掉漆、短路了，结果下面的DC-DC升压电源就着火了，然后我知道，它居然没有短路保护功能。

  dc-dc.png

大神，666

        在弥散刺鼻的烟雾中，我回想起了以前一次次被骗，一次次买到低劣的元件的经历。我再次告诫大家：在淘宝上买元件一定懂得鉴别，拿到手要充分的测试，不能信宣称，劣质的太多！还有那个无线遥控上用的该死的垃圾的zigbee模块，浪费了我大量的时间，我一会儿再说。
（13）DEC-DEC电机.jpg DEC齿轮.jpg


电机采用0.7NM的长的48步进电机，齿轮采用1模的大齿轮，DEC不参与电跟，所以选择电机的时候只要有劲即可，两个齿轮的传动比我也没仔细算，无所谓的，可以通过软件补偿。有些人用0.4NM的小功率的步进电机也行。但是我之所以选择大功率的，是因为：我把DEC轴的空程调的很小，几乎不存在空程（很讨厌蜗杆的空程），所以拧起来要稍微用力，在加上上面的望远镜+导星镜+电脑的重量很大，实际上已经超出了EQ3D推荐的保证精度的载重范围（大概是6.5kg左右），所以为了保证速度，使用了0.7NM的大力矩的步进电机，就是费点电而已，但转着安心。
        电机和赤道仪用一块厚3mm宽40mm长140mm左右的钢板连接，用3颗螺丝安装原来的DEC电机座上，轴的方向方向是对向的，否则DEC电机和RA电机会相撞。
        顺便吐槽下EQ3D赤道仪，纯铝的主体，质地非常软，螺丝拧太紧很容易滑牙，我就把调DEC空程那两颗螺丝搞滑牙的，不过俺有攻丝机，改大点螺丝就OK了。但是在EQ3D上钻孔比转钢板爽多了，3mm的钢板我最慢半分钟钟才能钻一个孔，快点也得10几秒，5mm厚的铝赤道仪，2秒一个孔，秒钻，看来好多赤道仪贵是有道理的，5000多的赤道仪至少不用铝这么软的材料。
        还有就是调DEC的空程，涉及到6个螺丝，我是这样调的，效果不错，如下图，首先固定螺丝1,2，然后将螺丝6（固定蜗杆的螺丝）拧紧，注意一定要把固定蜗杆的螺丝6拧紧，让蜗杆无法横向移动，然后螺丝3,4,5需要配合着调节，直到感觉没空程又顺滑为止。
DEC空程.jpg


再有就是齿轮的选择问题，我选的是钢制的1模的齿轮，齿轮模数越大齿轮就越大越结实，我想至少要选择0.75模以上的把，太小的齿很容易打齿。
(14)DEC-DEC接口.jpg

两个4芯的航空接口接在RA的接口板上，然后再连接到控制器上，这样可以减少连线，其中DEC的MPU9250与RA的MPU9250可以公用4条IIC信号和电源线。

（15）RA-RA连轴.jpg

         RA要电跟，所以精度要保证，采用1:5.18的减速机，用铝合金弹性联轴器直连。设计时参照了原装的电跟，如下：

电跟.jpg

这种破东西要700多块，就一个51单片机，我都无语了。。。。。

         原装的RA电机每11分钟（660秒）转一圈，所以我的RA步进电机要660/5.18=127.4131274秒转一周，不加电机细分的情况下每200步一周，因此步进的脉冲周期为：127.4131274/200=0.63705秒，这样慢的脉冲周期步进电机肯定会咯噔咯噔的，所以必须加电机细分，我使用的是较为稳定的32细分，这样脉冲周期就变成了0.63705/32=0.019908s了，即每隔199毫秒左右给电机一个脉冲，就可以实现电跟了。这个速度也很慢，为了防止咯噔咯噔跳动，我使用了DSP电机驱动器，在低速平稳性上比廉价的TB6600好的多，一会儿我会再详细的介绍。

         最后测试的结果是，对好极轴后，能够稳定的电跟，我对着木星十多分钟，木星纹丝未动，图像也没有任何跳动，感觉满意，十多分钟已经足够我的了。

         然后来说说DEC和RA的惯性和加速度问题。它们不能高速急停和急起，否则。。。。。我把加速度调节算法写到了主控制器里面，速度以2陪的速度递增或递减，从静止加速到最高速度或从最高速度降到0大概要0.3秒左右，别看只有0.3秒，比起急停那是非常的平顺！！控制电机运转的命令格式我采用“速度+步速”的方式，比如<RP-0112-011-3100>表示控制RA电机正转（R表示RA电机，P表示正转），速度为112，运行的距离为11圈零3100步（32细分后每6400步一圈），这样可以精确控制电机移动，实测重复定位精度，未发现丢步导致的偏差。加速度调节最麻烦的地方在于：你想让电机以最高速度正转500步，但是由于惯性加速度调节的关系，400步左右才能带到最高转速，所以只走500步的话根本无法达到最高转速，刚加速起来就得赶紧把速度将下来刹车，就好像你做飞机飞100公里，没到爬到最高点就得下来一样，这个调控时机你要计算，代码不多但有点麻烦，我整整调了2天。

         然后说说为什么选用1:5.18的减速机，普通48步进电机（包括57、86等）推荐的保证力矩的最高转速只有300转左右，再高就没有力矩了，一按就停。所以为了不能用太高的减速比，否则电动控制时太慢了。除非使用伺服电机，不过有点贵。再有这个减速比不大，可以保留手动调节，太高的减速比用手就拧不动了，这个刚好还可以拧动。满足了我同时手动和自动随意切换的需求。

         需要注意的是，只有将步进电机驱动器的ENA-拉低，让电机控制线悬空才能用手拧的动，否则电机连到控制器上，控制器带电，电机也是拧不动的。这些功能我在程序中都自动实现：只要电机不运动就自动将ENA-拉低，这样就可以随意转动了。

(16)RA-RA接口.jpg

RA接口有4个，其中两个4芯的来自于DEC，跟主控（后面介绍）连接的只有两个线，一个4芯的IIC接口，连接两个MPU9250，另外一个8芯的分别控制DEC和RA电机。实际上连线还是比较整齐的。

(17)主控-控制器.jpg

控制器和电池放在一起，防止望远镜的底下。控制器的cpu还是Stm32F407，168mhz。里面主要模块有：GPS模块，无线模块，电源电压采样ADC，指示灯，蜂鸣器，2个uln2803达林顿驱动芯片。懒得拆了，这是PCB。
主控pcb.png


pcb很简单，都是现成的模块，然后热转印大法制板。。。。
        这里再吐槽下Zigbee模块，原来使用Zigbee串口模块通信，原来一直再用，想着不是稳定嘛。标准的Zigbee协议带自动组网和路由功能，但是有个问题：不能连续发送数据，只能一个包一个包的发，每个包的包长有限制，一般几十个字节，包与包的时间间隔要100ms左右（具体多少我忘了，懒得查了），这个在我的望远镜里是不行的，主要是包与包的间隔时间太长了。于是我买了下面的zigbee模块，卖家修改了zigbee协议，取消了路由，只能点对点或者广播，于是噩梦开始了。。
zigbee.png

         注意它说的不限包长，我这里必须爆粗口，这样才爽：是t--M的不限包长，是t--M的能连续发送，可是我每隔50ms发送20字节的定长包，总共2000个字节，你T--m的接收端何以先接收15个字节然后等300ms，再接收32个字节，再等56ms接收17个字节，再等214ms接收156个字节，再。。。。。。。M... D，导致我的望远镜一卡一卡的。。。还经常的断链。

         后来我使用传统的基于433m模块的无线串口，那个爽快那个稳定。。。。。这个433m模块我都不知道什么时候买的了，家里有好几个，拿来就用吧，因为我知道433m比2.4g稳定，距离也远，2.4g太容易受到wifi干扰。

（18）步进电机驱动

步进电机.jpg

这个也是跟电池绑在一起的。分别对DEC，RA，电调焦（FC）三个步进电机进行驱动。其中DEC和RA的使用了DSP驱动器（大的那个），100多一个，电调焦使用了简单的TB6600驱动器（小的那个）。要想更好的可以用雷赛的驱动，300多一个，不过没必要。使用DSP驱动可以保证电机在低速的情况下不抖动，因为我的RA减速比只有5.18。DSP和TB6600的低速效果差别非常大，DSP的基本没有任何噪音，低速运行平稳，而TB6600在低速下就像用指甲挠黑板一样，吱吱的，老大的声音，听着都恶心，摸着连手都跟着抖，我一开始就注意到了低速下步进电机的细分精度和抖动问题，选DSP驱动器还是正确的。

        步进电机驱动可以自己做，不难，那些赤道仪的Goto的步进电机都是做到控制板里面的，所以看着很小。但是自己做容易产生电磁干扰问题，一旦因为PCB设计失误导致电磁干扰，很容易导致cpu和外设不稳定，采集信号失真等。

(19)架子

架子.jpg

为了方便车载移动，做了一个木头支架，当然非常牢固，防滑。。。。。

（20）最后展示一下我的座驾。
旅游专用-大白车-床车1号。
大白 外部.jpg


大白 电视.jpg

dtmb数字电视和副电瓶。

大白 内部1.jpg

可以变成床（中铺），可以前后移动，可以变成桌子的中排座椅，两个车载风扇，纱窗、窗帘。

大白 内2

后面的上铺，下铺用于放东西或者住人，中铺和上铺都能住人。最多可以住3个大人和2个小孩。
大白车是第二辆车，改装它也花了不少时间，今年初改造的，不属于本论坛范围，不详细介绍了。

吐槽一下，论坛，太落后了，发帖都被打乱了。。。。！！！！
丢帧.jpg

图上全是丢帧，无图像输出。而把摄像头接到其他电脑上都是好使的。

         一开始看到丢帧现象，我不知道是摄像头问题，既然只有接在这台小电脑才会出问题，再加上，我知道给电脑供电的电源是网上买的dc-dc升压电源，质量一般。所以我第一反映就是认为存在电源干扰，然后做了共模滤波器，加了质量很好的磁环，如下，结果没有解决丢帧问题。

共模滤波.jpg

        为什么使用共模滤波呢？由于电源线较长，我量了下，从电压出来到小电脑端，电源线的电阻有0.2欧姆左右，这样双向就0.4欧姆，2a的电流会在正负线上各自产生0.4v左右的压降，随着电脑负荷的变化，电源的两条线必定会产生共模干扰。通过示波器观察也是如此。

        可是滤除共模干扰后，还是无法正常使用ASI的摄像头，换其他19v的电源或者使用稳压电源也是如此。然后我就怀疑小电脑的usb接口有问题，于是先后试了高速的usb3.0u盘，其他品牌的摄像头，都没问题，高速且非常流畅！这样排除了usb的硬件问题。于是我又考虑是不是驱动的设置问题，然后我把电脑电源方案调成高性能，在驱动中取消“允许计算机关闭此设备以解决电源”，在电源计划中取消“USB暂停设置”等等，还是不行。然后我又在网上查，网上说i5 6200u这种新的cpu用win7不合适，然后我又装win8，装win10，还是不行。我就彻底蒙了。然后偶然一次测试我发现：将1个普通摄像头和ASI120mc同时接到任意2个usb口上，ASI120mc丢帧无输出，但只要那个普通摄像头一开ASI立马输出图像，稳定无丢帧，只要那个普通摄像头一关，ASI立刻随之歇菜，这种现象太神奇了！！然后又是一顿折腾。后来又发现，一边拷贝文件一般打开ASI摄像头也可以正常显示，我才意识到只有让cpu占用率保持在10%以上时才行。。。我对windows下的usb驱动编写不熟，但可以判断，ASI的摄像头驱动是存在缺陷的。该公司的摄像头在多数电脑下使用没问题，但使用i5 6200u这类cpu的同学要注意了，要想正常使用ASI摄像头，一定不能让cpu闲着。。。否则它也给你闲着。。

        下面是我根据ASI提供的SDK，用Qt+opencv写的摄像头采集程序（demo）界面：

pc界面1.png

pc界面2.png

         可以同时打开2个摄像头，并设置关键参数，并显示原始高分辨率视频帧，昨天刚刚调试好了QT下串口的控制。需要注意的是：ASI长曝时等待时间很长，为了避免界面假死，程序中，必须另开线程用于抓帧。同时为了不让CPU闲着，不管有没有抓到帧，我都以50fps的帧速刷新显示，浪费是极大的犯罪，但是摊上这事儿也没办法。

(9)主镜-绿激光

激光2.jpg

        人眼对绿色特别敏感，所以指星笔都是绿色的，这样可以看见夜晚看见光束，红色或紫色的激光要想达到这个效果起码功率比绿光大5倍以上。

        这个点状绿激光聚集性很好，加上可调支架包邮200多元。

        可以通过遥控器上的开关遥控打开绿激光，再加上指星笔，确实非常适合教小孩认星座，虽然我自己也不认识，哈哈。。。

more pic:

激光.jpg

(10)主镜-调焦1.jpg

         电调焦部分是在网上购买的，他是用3d打印出来的支架。说实话，不咋地，不够牢固。本来DEC和RA的支架也想让他帮忙弄，但是拿到这个电调焦支架后，我还是自己弄DEC和RA支架吧。3D打印的强度一般般，容易开裂。

         电调焦的步进电机是普通的短48步进电机，1.5A，0.3NM，1.8度步进角，转一圈要200步。点调焦支架加步进电机一共70多元。

         电调焦机械部分负荷小，0.3NM的电机带起来很轻松，所以不要减速电机，连轴直驱一点问题没有，而且不需要惯性加速度调节，驱动它特别省事。DEC和RA就没那么简单了，望远镜很重，惯性很大，不能在高速下急停，或者静止下突然启动，电机驱动必须考虑到惯性和加速度因素，否则那打齿声和晃动令人心悸！，

(11)主镜-导星.jpg

        导星镜是从网上买望远镜时就带的，做工不错，不是我弄的，不多说了。。

(12)主镜-主镜接口.jpg

主镜上的所有器件通过一个8芯的弹簧电缆与底下的主控制器连接，为了保证强度，还是用5mm的亚克力代替电路板做借口，非常结实！
        全部接口采用不锈钢的航空接口，非常牢固。
        8芯电缆中，4个芯用于调焦电机的驱动，2个芯用于绿激光的控制，2个芯用于给电脑供电（19v）。弹簧线看着不长，因为它卷起来的，但实际上奸商说有3米长左右。电脑的电源线和步进电机的A/B控制线是并行走线，所以你们知道我为啥发现摄像头问题后第一反映就是电源干扰。步进电机和电源并行走线是不科学的。但是为了不使电线凌乱，没有办法。
        让后再说说共模滤波的事，一开始我是根据电路参数自己绕的共模电感，4.8mh左右，参数刚好，可是那个淘宝买的漆包线太T__ M扯淡，漆太薄，一不小心就掉漆、短路了，结果下面的DC-DC升压电源就着火了，然后我知道，它居然没有短路保护功能。
  dc-dc.png


        在弥散刺鼻的烟雾中，我回想起了以前一次次被骗，一次次买到低劣的元件的经历。我再次告诫大家：在淘宝上买元件一定懂得鉴别，拿到手要充分的测试，不能信宣称，劣质的太多！还有那个无线遥控上用的该死的垃圾的zigbee模块，浪费了我大量的时间，我一会儿再说。

完蛋了，发帖太长，中间那段发了两遍没成功，一闪而过，好像提示需要审核，太快，没看清楚。不知道又惹到谁了，只有2/3显示出来。

厉害啊！这动手能力不是一般强呢！继续关注继续关注

吐槽下论坛，不给发拉倒吧，就这样了。我白天写了整整一天，20多页的word文档，本想一次发成功的，可以帖子太长我就分了3段，结果中间那段不给发出来，请问论坛，你是几个意思？

膜拜楼主大作。有空欢迎加QQ群，DIY天文望远镜GOTO 562140617

也是大神的一种，支持一下，可以考虑把坐驾和移动天文台结合一下，以楼主的手艺应该不成问题。

真牛叉。

好流弊的样子，完全不懂

前排膜拜DIY大神！！！

lz厉害

很棒，很详细的解释，

真大佬

请收下我的膝盖

膜拜神作！

lyfstnlcd 发表于 2017-6-16 21:13
吐槽下论坛，不给发拉倒吧，就这样了。我白天写了整整一天，20多页的word文档，本想一次发成功的，可以帖子 ...

我知道，这是要保护你的知识产权！
忘了赞一下，太厉害了！