平台赤道仪

平台赤道仪是一种特殊的赤道仪，它的特点是外形低矮，近似于十厘米高边长不到一米的一个三角板，负重大，能扛几十公斤重的Dobson式望远镜，可以装电跟，可以提供几十分钟到一个小时左右的跟踪，然后就要重新复位一下。它结构简单，成本不高，有条件的朋友可以自己制作，最适合使用大DOB的自动跟踪，当然你也可以把整个三角架支在上面使用任何形式的望远镜。

这是使用时的样子：

这是国外爱好者用他DOB放在DIY的平台赤道仪拍出的照片：

https://photographingspace.com/diy-equatorial-platform-pictures/

下面就这种赤道仪的原理、常见类型、具体结构、设计考虑和参考图纸做一些介绍，这部分内容基本翻译自Reiner Vogel的网站：

http://www.reinervogel.net/index_e.html?/Plattform/Plattform_e.html

以及最后我对为这种赤道仪增加导星功能的一些想法，希望喜欢天文又有动手能力的朋友参加进来，一起完善出一个合适的设计，让更多人能容易地用上这个设备。

原理
赤道仪的基本原理就是制造一个与天球同步转动的平台，把望远镜固定在这个平台上，其视线就会与恒星的移动同步。如果我们设计一个大的立体圆锥，其对称轴指向正北，垂直角度与观测所在地的纬度相同，也就是直指北极星的方向，然后让圆锥按照每恒星日一周的速度旋转起来，这样就形成了一个和天球同步旋转的系统。为节省材料我们不必建造完整的圆锥，只要建造地面附近的一小部分如图中蓝色所示，这样就能实现一小段时间的追踪。由于追踪要求推动很大的圆锥口运动，电机系统的各种误差都被除以一个很大倍数抹平，所以容易实现比较高的追踪精度。要指出的是这种平台赤道仪有一个很明显的缺点，就是它的部分结构是和观测点的纬度相关的，如果想让它适应不同的纬度，必须设计一些跟纬度相关的替换部件。

如果把圆锥映射到实际设备上，是这样的：

平台赤道仪的结构是什么样的：
按照这个基本原理制造赤道仪，要由两部分构成：一个底板最南端安装一个旋转轴，北端安装两个滚轮，三点支撑顶板；

一个顶板南端是一个旋转轴支点，北端是大圆锥的一小部分圆弧（后面管这一部分叫做"滑扇"），圆弧的形状要使圆锥轴心角度与纬度一致，圆弧坐在底板的两个滚轮上，顶板可以围轴心旋转：


底板上安装电机和控制机构，推动顶板按照固定的速度旋转，有的设计里是直接驱动滚轴，有的设计里是使用一个推杆推动圆锥边缘做滚动。
轮驱动

杆驱动


另外有一种设计是不制作完整的圆锥切片，南端不安装旋轴轴，而是也用一个滑齿，这样可以以有限的顶、底板实现很长的圆锥，追踪时更容易控制精度，缺点是南滑齿如果制作不够准确的话，平台旋转中心可能不在理论上的旋轴点上。
原理图：

         实际样子：

平台赤道仪的设计重点在滑齿的形状和支撑方法上，最直接的想法就是滑齿垂直于转轴，完全模拟圆锥底的形状，这样的滑齿外圈是完美的圆形，但上面于平台上板有一个角度，要求有一定加工精度。滚轮的支撑办法也有不同，Poncet的设计滚轮是斜着安装的，支撑在滑扇侧面，比较适合高纬度地区，Gee的设计是垂直支撑的，比较适合低纬度地区。这两种办法都是支撑锥口圆面，统称CS(circle segment)式或圆面支撑式(circle bearing)。
         



d'Autume的设计是让滚轮轴支撑在圆锥侧壁上的，叫做锥壁式支撑（conical bearing）或圆桶支撑（Cylindrical Bearing），也有两种变形，其中一种是滚轮轴水平，滑扇和顶板垂直，这种设计方式又叫做VNS(Vertical North Sector)形式，它有一个明显的好处是便于支撑很重的望远镜，也有一个坏处是垂直滑扇外缘不再是正圆形，而应该是一个椭圆，加工比较困难。另一种滑扇与顶板是按纬度角相连的，这样滑扇是正圆，但上下底都不是直角。

它怎么使用
平台赤道仪的使用是很简单的，只要把它的中线对准正北（指南针或北极星）就可以，因为它的尺度比较大，对于各种制造和使用误差的容许度比较高，还是很容易实现精确追踪的，唯一要注意的是因为它是按观测纬度设计的，不要把它带的离家太远，不过一两百公里内是没什么问题的。




你可以把从DOB到三脚架支撑的任何望远镜架在上面，按照自己习惯的方式从目镜中寻找到要观察的星星，启动追踪，就可以让它保持在视野中心，你可以拍照或者仔细关槛，直到滑扇用尽了它的行程（不同的设计可以提供几十分钟到一个多小时的时间），这时你要把它重置回初始位置，再寻找目标开始追踪。平台赤道仪对DOB望远镜最友好，因为DOB重心低，平台摇摆滚动时不容易歪倒摔下来。

平台赤道仪的设计
平台赤道仪通常是为适合你的望远镜而设计的。首先你要缺点自己使用它的纬度，这将决定关键的滑扇设计，其次要考虑你望远镜的底座尺寸和重心高度，不要让赤道仪旋转时把它倾斜到危险的程度。
        接下来要在几种主要的思路里做出选择：
1        南单指点，北滑扇
1.1        圆面支撑（CS）
1.2        锥壁支撑
1.2.1        垂直滑扇（VNS）
1.2.2        斜滑扇
2        南北双滑扇
CS和VNS两种类型的Reiner都做过，他认为CS类型的比较简单直接，是入门的首选，但是不能做到真正的三点支撑（理由他没说，可能是因为倾斜滑扇不能做得太薄，跟滚轮接触面比较大）因而精度不太好。VNS结构比较复杂（主要是滑扇椭圆），但垂直支撑和真正三点接触是其优点。
http://www.reinervogel.net/index ... Plattform_CS_e.html 这里Reiner给出了一个CS样式的例子，有普通木工设备用多层板很容易实现，也没用复杂的追踪设备，就是一个直流减速电机，用万用表测电压调速，就能有不错的效果。
        顶板的具体形状可以比较随意，最好能更自己的望远镜比较配合，可以设计一些专用的固定点，强度够用的情况下，中间可以挖空以减少重量。
        对于大的DOBSON，平台的高度是个需要考虑的问题，尽量要把平台设计得扁一些。同时可以考虑在平台上粘一层特氟龙片增加润滑，拆掉DOB底座的旋转圈直接座在上面，通常可以减低3、4厘米的高度。
        平台的各种尺寸，可以从维持望远镜重心稳定的角度进行设计，计算得到如下的主要数据。

通常顶板可以认为是水平的，把它作为基本参考平面，带你们一步步走：

首先确定望远镜重心高度，让按纬度角度抬起的极轴通过重心，确定顶板中心距南旋转轴心的距离a，同时也就定下来了重心在水平面上的投影位置。

然后转到水平面上来，量一下DOB望远镜方位角转环的大小，以重心的投影为中心，画一个跟它一样大小的圆，在正南位置贴一片特氟龙片，然后在东西个贴一个，其连线（蓝线）与旋轴的水平投影垂直，大约成等边三角形，这样这三片特氟龙就能支持DOB的水平旋转。这两片特氟龙中心的连线就可以做滑扇的安装位置，其距南旋轴点的距离为b.

再转到垂直位置，b有了，画出与极轴垂直的锥口平面（蓝线），轴心与水平面距离c'就能定下来了。

现在转到面对倾斜的锥口平面，现在要决定滑扇的尺寸，也就是要知道锥口半径c。先画出长度c'，在其一端画垂直线，量出特氟龙垫的位置画出来（红色），滑扇最小宽度要比两个特氟龙垫子宽一些，找到你认为合适的宽度e，通常每边可以比特氟龙垫宽10厘米，它们和平面交点（绿箭头处）距极轴的长度就是c。实际制作时不用整个的滑扇，只要做出在支撑滚轮上滚过的一段就型，看你想一次追踪多长时间，比如1.5小时，那么这段时间内滑过支撑滚轮的长度就是1.5/24*2*3.14*c，它近似等于需要制作的滑扇的宽度d。
        如果是较小或重心较高的DOB，用这种办法常常算出过窄的滑扇，这时就要把两片特氟龙片东西方向上分得远些。
VNS形式的滑扇不是正圆形，而是一个椭圆，需要把上面计算好的圆弧变换一下：
         


VNS滑扇的加工方法一种是用软件计算画好椭圆曲线，打印出来，贴到木板上用曲线锯加工。VNS两段滑扇为了减少南北方向上在滚轮上的滑动，不能安装在一条直线上，而是要和各自的平面半径垂直，就像上图红色所示那样。于是滑扇的具体算法是先把圆上各点的高度乘以纬度的COS值做缩小，再把宽度除以cos(β)括大，如上图。理论上这样安装的滑扇转动时并不总是正直角面与滚轮接触，所以比使用较薄一些的材料制作有利于减少误差，Reiner使用5mm厚金属板，纯铁或硬铝合金摩擦系数太小，容易打滑，软铝又不耐磨，他选择了AlMgSi0.5铝合金，在14英寸dob上他用的是3mm铝合金板。



另一种办法是设计一种专门的夹具，有整个真实圆锥的大小，钢管搭一个轴和一条半径，把粘好滑扇毛坯的顶板固定在圆锥壁上，一个台锯锯齿按纬度角度倾斜，也放在圆锥壁上，推动圆锥转起来，不管滑扇和顶板的角度是多少，都会锯出正确的曲线来。这重夹具加工还有一个好处是对于南端不用转轴，也是一个滑扇的设计，可以比较容易地保证南北两个滑扇的同轴性。对于想这么做的人，可以参考http://sawdustfactory.nfshost.com/eq%20platform/

电机与驱动：
Reiner使用直接摩擦驱动滑扇，这种方式容易制作，回位简单。他使用减速比1:600的RB35直流电机和1:20齿轮驱动，靠调整电压来控制速度

这是他的调压器，通过LT 1086提供一个2-12V的电压，根据实测确定合适的追踪电压：

制作图纸：
http://www.reinervogel.net/index_e.html?/Plattform/Planung_e.html
Reiner在上面的链接里给了适合一大（16寸以上）一小（14寸以下）DOB的设计图纸，大家可以下载参考。
下面链接是westmarch按照这个图纸的制作实例
https://stargazerslounge.com/top ... atform-for-dummies/

进一步提高
Reiner设计的驱动是十分简单的，按他的说法已经效果很好了，但我想应该还可以提高。直接的想法比如使用步进电机，比如VNS式的驱动不要匀速，按理论计算出一个三角函数，依此驱动等，总之要上单片机什么的，搞得更复杂一些，也更贵一些。但这仍然是盲跟，是否可以把导星加进来呢？
看过 @885645  的"发帖庆祝一下刚刚完工的ST4导星信号直流电机控制器"帖子，http://bbs.imufu.cn/forum.php?mo ... B%E7%94%B5%E6%9C%BA忽然有了一个想法，不用什么三角函数，不用什么步进电机，不用什么单片机，就用ST4的赤经进信号线直接驱动电机，是不是就可以实现精准的导星了呢？我是做软件的，对硬件不怎么懂，提出这个想法，有兴趣有经验的朋友请来一起完善它。
ST4信号其实很简单，就是控制赤道仪赤经、赤纬四个方向的微动信号。即赤经前进、赤经后退、赤纬前进、赤纬后退。带导星接口的摄像头如T7C、QHY5都有一个ST4信号输出端口和一个USB端口，usb端口用于实现同电脑的数据通信（包含视频数据和导星控制数据），在CCD内部包含有ST4的解码器，接受电脑送来的导星控制信号，同时转换成ST4信号输出控制赤道仪。工作原理是现将视频数据送入电脑，通过电脑运行的导星软件计算出导星数据，然后向摄像头的ST4解码器输送控制数据，解码为ST4信号控制赤道仪。ST4是一个6针的RJ11电话线插头，有一个公共脚和四个方向脚，公共脚通常为地，而方向脚在不作用状态是对地高阻抗态，而方向脚在作用时是对地低阻抗态。只要做一个电路只看赤经进信号，驱动电机往前走一点，只要别走过，因为有摩擦，就可以只进不退，电机力气要大点，传动回差什么的也都不是问题，不要求高级货，成本可以很低。
大家看这个想法如何？

有意思，像第一张图上的平台赤道仪有多重？

有趣的东西，在这上面架一个大口径dob拍行星肯定不错

大水车 发表于 2019-9-12 22:14
有意思，像第一张图上的平台赤道仪有多重？

不知道，应该不太轻，目前有商品化的最轻的是这个http://www.blandinequatorialplatforms.com/

                               
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自身14磅，负重150磅。
自制可以考虑使用全铝合金减轻重量。
这是一个更有名气些的商品化产品，也是铝合金的 http://www.equatorialplatforms.com/alumplt.shtml

                               
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价格都在1000$到2000$，太贵了

用在牛反目视非常好！

楼主把这个讲得很细，活雷锋。

大良 发表于 2019-9-14 13:16
用在牛反目视非常好！

老兄实际用过吗？自制的还是购买的？

是的！有空看我新浪微博-大良天文爱好者

因为对电路和电机等硬件不熟悉，就在网上看有没有什么成品可用，发现有些电机驱动套件还是很不错的，简直可以拿来就用，下面就是找到的一个。如果功能选P3: 给信号1；正转一定角度停；  给信号2；反转一定角度停；这意思就是把ST4的线连上就能用了：赤经加 连信号1， 赤经减连信号2， 调整步进角度到一个比较小的数字，接个57电机直接驱动摩擦轮，是这样吗？懂电路的朋友给看看？
电池怎么配好？有合适的锂电可用吗？



这是产品说明：
1：产品型号：YF—20；步进电机驱动及控制一体；可以直接接步进电机；无需外接驱动器；提供详细演示视频；可调速；可设定角度；可实时显示速度；内置加减速等算法保证精准度；厂家直销；支持定做。
2：电压电流范围：开可以控制电压：7~30V 电流：2A以内；常见42，57两相四线五线六线步进电机；
3：速度说明：可实时调速：0.1~999转/分钟；（大部分42，57步进电机最高转速约350转/分钟）
4：角度说明：角度：1~9999度可设定； 360度为一圈；用户可换算成自己的需要的运行距离
5：功能列表：
P--1:点动；按住就转，松开停；
P--2:自锁：按正转保持正转；按反转保持反转；松开不停；
P--3:给信号1；正转一定角度停；  给信号2；反转一定角度停；
P--4:给信号1；正转一定角度停；  给信号2；反转回到原点停；
P--5:给信号1；正转一定角度停；再给信号1；反转回到原点停；
P--6:给信号1；正转一定角度停；信号消失； 反转回到原点停；
P--7:通电后，在两个限位（信号1，信号2）之间来回循环运行
6：按键及信号说明：
功能键： 长按2秒进入功能选择；短按调节功能；调好2秒之后；自动保存并退出设置模式
复位键： 长按2秒电机反转找起点限位（信号3） 此功能用户需要在信号3接限位传感器
正转键： 同信号1
反转键： 同信号2
停止键： 同信号3
7：电路板预留外接驱动器接口；注意外接驱动器细分请调至32细分可与本电路板各个参数配套

大良 发表于 2019-9-22 12:05
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shian98 发表于 2019-10-8 22:58
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看图

用4040铝型材制作上下框架像是不错的办法，都是标准件，算好长度让商家给截好，自己用螺丝刀就能搞定，又重量轻负重大。