Micro-Computer Steuerung zur Drift-Nachfuehrung beim ST4


 

Problem und Idee

Die folgende Seite soll ein Problem behandeln, dass jeder Astrofotograf von Cometen und Planetoiden sicher schonmal gehabt hat. Das Objekt bewegt sich vor dem Hintergrund der Sterne. Bei einem typischen Aufbau von Teleskop zur Fotografie und einem Leitrohr zur Nachfuehrung ergeben sich teils guenstige teils unguenstige Konsequenzen.
 


LOESUNG : Man waehlt einen schoen hellen Leitstern und macht absichtlich waehren der Nachfuehrung kleine 'Fehler'. Diese sind so berechnet, dass am Ende auf der Aufnahme alle Sterne zu Strichen verzogen sind aber das Objekt (Komet / Planetoid) exakt an der selben Stelle auf der Aufnahme geblieben ist.

Als Loesung kann man heute entsprechende Fadenkreuzokulare kaufen, bei denen ein geteilte Skala eingeblendet ist. Mit ein wenig Rechnen und Ausrichten kann man dann einen Leitstern entlang der Skala in regelmaessigen Zeitabstaenden verschieben und damit den gewuenschten Effekt erzielen.

Zur Nachfuehrun gibt es schon seit langer zeit den Autoguider ST4 von der Firma SBIG. Dieser ist ausgelegt einen Leitstern fest an einer Stelle zu halten. Das ist fuer Deepsky Aufnahmen sicher der gewuenschte Effekt, aber bei bewegten Objekten versagt diese Methode.

Der Autoguider ST4 verfuegt nun an seiner CPU Box ueber einen seriellen Computeranschluss ueber den einige Funktionen des Geraets gesteuert werden koennen. Dies hat schon vor einige Zeit Paul Mortfield ausgenutzt, und ein PC Programm (Comettrk) geschrieben, dass den Algorithmus des ST4 so beeinflusst, dass die Nachfuehrung fuer bewegte Objekte kompensiert werden kann. Ich habe dieses Programm eine Weile benutzt und moechte Paul hier fuer die geleistete Entwicklungsarbeit herzlich danken.
 

Hardware

Nachteilig ist allerdings, dass man nun einen Laptop bei der Beobachtung dabei haben muss. Das ist im 'Feldeinsatz' sicher nicht so angenehm. Ich habe daher nach einer Loesung gesucht, mit einem kleinen Microcontrollermodul, die Aufgabe des PCs zu ersetzen. Als Modul habe ich das CPU_1A1 der Firma PMB Electronics ausgewaehlt. Es gefaellt mir besonders weil es so schoen klein ist. Ich habe dazu eine kleine Platine mit LED Anzeige und ein paar Tasten entwickelt und das Ganze zusammengebaut.

Hier sieht man die gesamte Einheit aus CPU Modul und Platine am ST4 angesteckt.

Oben die kleine Platine mit den LED Anzeigen und den Tasten zur Dateneingabe. Unten das CPU Modul. Am ST4 die Einheit mit dem Stecker und Anschluessen fuer externe Stromversorgung (wenn gewuenscht). Den mechanischen Aufbau kann man gestalten, wie man will. Ich habe die Schaltung bisher nur per Hand geloetet und kein Platinenlayout erstellt. Es waere schoen, wenn das jemand machen koennte. (bitte bei mir melden)

Einen Schaltplan gibt es leider nur als Skizze auf Papier. Ich habe versucht ihn zu fotografieren und stelle ihn hier zu Verfuegung. Es waere schoen, wenn sich jemand findet, der einer elektronische Version davon erstellt. Ich habe als Modifikation im ST4 ein kleines Kabel von einer 5V Versorgung eines Schaltkreises abgezweigt und an Pin9 des seriellen Steckers gelegt. Pin9 wird beim ST4 und am PC sonst nicht benutzt.

Schaltplan als PDF Datei (1.8MB)
 

Software

Der naechste Schritt war nun die Entwicklung der Software. Ich stelle hier auch den assembler Quelltext zur Verfuegung. Nutzer  moechten ggf. Aenderungen vornehmen und das ist nun mit einem Binaerfile schlecht moeglich. Wer das Programm weiter entwickeln moechte kann dies gerne tun. Ich wuerde allerdings gerne eine Kopie bekommen, die ich dann auch auf dieser Seite anbieten moechte. Siehe Copyright im Quelltext.

Als Assembler habe ich den asm11 benutzt. Den gibt es als hier als Download.

Noch ein paar Kommentare zum Quelltext. Ziemlich weit oben gibt es eine kleine Sektion wo folgendes steht:

*************************************
* Major switches for assembly control
*************************************
DEBUG   EQU 0
ST4_90  EQU 0
GGMODE  EQU 0

Ich habe mir ein paar fest eingestellte Flags eingebaut, um bei der Entwicklung und bei der Benutzung fuer mich privat einige Eingaben zu vereinfachen.

DEBUG ist zur Kontrolle am PC hilfreich. Es werden eine Menge von Kontrollausgaben auf der seriellen Schnittstelle ausgegeben. Das funktioniert natuerlich nur wenn das Modul am PC statt am ST4 steckt. 0 heisst kein DEBUG Info, 1 heisst DEBUG Info ist aktiv. (Sollte fuer den Betrieb am ST4 immer 0 sein)

ST4_90 ist 0 wenn der ST4 am Leitrohr direkt angeschlossen ist. 1 fuer Anschluss mit einem Zenitprisma (ist bei mir der Fall)

GGMODE is fuer mich privat die Voreinstellung der Nachfuehrbrennweite. Da ich die nicht immer beim Start eingeben meochte (siehe unten) habe ich da einen festen Wert eingegeben. Das kann sich jeder selbst einstellen.
 

Download Files

Assembler Quelltext
Binaerdatei im S19 Format
 

Bedienung

Reset

Der Knopf (bei mir) links unten bewirkt einen Reset. Dieser entabliert auch die Kommunikation mit dem ST4. Dabei wird dem ST4 ein Interrupt gesendet,d er z.B. eine laufende Nachfuehrung unterbricht. Allerdings braucht man diesen Knopf auch nur am Anfang einmal.
 

Enter

Der Knopf (bei mir) rechts unten ist die 'Eingabe Taste'.
 

Anzeigen

Es gibt zwei 3-stellige LED Anzeigen. Diese werden unterschiedlich benutzt. Dazu eine Drei Farben LED. Die farben bedeuten:

Bedienungssequenz

Zuerst nach dem Start wird die Eingabe der Brennweite angefordert, Dazu steht (bei mir) links 'FL' und rechts kann man mit den neben dem Display angebrachten Tasten den Wert einstellen. Es geht in Schritten von 10mm rauf und runter. Anzeige '123' bedeutet also 1230mm Nachfuehrbrennweite. Man drueckt 'Enter' und die Brennweite wird uebernommen. Die Brennweite wird nur einmal eingegeben. Wenn man sie nochmal aendern will muss man Reset druecken.

Nach der Brennweiteneingabe werden die Korrketurparameter eingegeben. Im (bei mir) linken Display der Driftwinkel. Eingabe ist in Grad, die von Nord ueber Ost, Sued und West gezaehlt werden. Dazu sind wieder die zwei kleinen Tasten daneben zustaendig (rauf / runter). Im (bei mir) rechten Display wird die Driftrate in Bodensekunden pro Minute eingegeben. Es wird ein Dezimalpunkt vorgegeben. Es bedeuten 12.3 also 12.3Bogensekunden/Minute. Erst wenn beide Parameter ausgewaehlt sind wird Enter gedrueckt. In diesem Moment startet auch die Korrektur des ST4.

Unter den numerischen Anzeigen sind zwei kleine LED-Zeilen angebracht. Diese zeigen als Countdown die Korrektur in beiden Achsen an.
 

Typischer Ablauf mit ST4

ST4 und das Modul sind verbunden und die Kabel zur Montierung sind angeschlossen. Bei Anschalten des ST4 wird auch das hc11 Modul aktiv. Am Anfang versucht das Modul Verbindung mit dem ST4 herzustellen. Wenn der zulange in seiner Startphase verharrt, kann es einen Timeoutfehler geben und die rote LED geht an. In diesem Fall nochmal den Resetknopf druecken. Es erscheint die Aufforderung zur Brennweiteneingabe und man gibt die Brennweite ein.
Nun wird wie gewohnt ein Leitstern gesucht und der ST4 fokussiert und die Montierung kalibriert. Es wird die 'normale' Nachfuehrung des ST4 gestartet. Wenn alles zur Aufnahme vorbereitet ist, wird der Driftwinkel und die Geschwindigkeit eingestellt. Druck auf die Entertaste startet die Korrektur. Jetzt wird die Belichtung gestartet. Nach Ende der Belichtung kann per Reset das Modul wieder zum Start zurueck gesetzt werden.
 

Schluss

Ich hoffe ein paar Leute habe an diesem kleinen Projekt interesse. Wer Kommentare oder Verbesserungsvorschlaege hat, kann die gerne an mich schicken.

(c) 2002 Gert Gottschalk