Arduino Unoデバッグボードに基づくエレクトロフォーカサー、パート2

続き、 ここから始まります。

初期デバイス要件の定義。 ハードウェアの選択

非常に一般的な方法で問題を解決しないために、一般的な考慮事項に基づいて特定の要件を自問しました（予算、コンポーネント購入の単純さまたは複雑さ、実装の困難さ、または運用上の予想される問題）。 同時に、これらの考慮事項を提示することにより、可能な対話を建設的な方向に即座に翻訳することができ、私の経験を活用したい人のために、どの詳細に注意を払うべきかを教えてくれます。 それでは始めましょう。

一般的な要件

解決策は次のとおりです。

• シンプルで高価ではありません。
• 利用可能なコンポーネント上に構築された;
• 旅行中（つまり、頑丈なケース、ネジ止めされたコネクタなど）に使用する予定であるため、デバイスは十分に信頼できるものでなければなりません。
• デバイスは保守可能でなければなりません。
• 開発には、電子工学と回路に関する本当に深い知識は必要なく、学校のコースをはるかに超えて行くべきではありません。
• 開発は、数ヶ月間だけでなく、数週間も遅らせるべきではありません。
• 配線、ボードのエッチングなどはしたくありません。できればモジュールの形で、既成のコンポーネントを最大限に活用したいです。

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機能的

デバイスの主な機能：

• 特定の速度での反時計回りの回転（タクトボタン、押している間-回転）
• 特定の速度での時計回りの回転（タクトボタン、押したまま-回転）
• 速度調整（ポテンショメーター）
• 「エンジンの解放」コマンド-エンジンから電圧を除去します（必要に応じて、バッテリーの寿命を延ばし、エンジンを冷却します）
• さらに、フォーカサーを長時間（たとえば、10分以上）使用しない場合は、エンジンから自動的に電圧を除去する機能を挿入すると便利です。可能なオプションを次に示します。
• リモコンに、たとえばLEDの明るさなど、回転速度を簡単に表示できると便利です。

適用方法に基づいて、フォーカシングデバイスを制御するための少なくとも2つのオプションが必要です。

• 望遠鏡で直接作業しているとき（視覚的観察中またはデジタルカメラのディスプレイ上の画像に大まかに焦点を合わせている場合を含む）のコントロールパネルから-つまり、短いケーブルのボタンリモコンは私にはまったく問題ありません。
• OS Windowsのラップトップから独自のソフトウェアを使用する場合、フォーカサーコントロールユニットは、たとえばUSBを介してPCに接続する必要があります。
• オプションで、将来的に-ASCOMドライバーを使用するPCから。

PCを使用してリモートで作業する場合、フォーカサーの位置を同じ方法で記憶し、設定した位置に移動できるようにしたいと考えています。 これは、接眼レンズを変更すると、焦点距離が変化し、焦点調節手順を再度実行する必要があるという事実によるものです。 各接眼レンズのフォーカサー位置をプリセットの形式で保存し、接眼レンズを変更するときにそれらをすばやく切り替えたいと思います。 もちろん、望遠鏡の焦点を合わせ直す必要がありますが、温度が異なると焦点距離がわずかに異なるため、これを避けることはできません。 これに基づいて、マイクロコントローラのファームウェアは、（マイクロステップモードを考慮して）ステップを実行し、現在の位置をPCに転送し、フォーカスを指定された位置にスクロールする必要があります。

エンジンとドライバー

モーターは独自のステップです。ほとんどの場合、フォーカサーが静止しているため、低回転で正確な焦点を合わせて回転する必要があり、可能な限り小さい角度まで回転する必要があり、ほとんどの場合、剛性の位置固定が必要です-ステッパーモーターはこの問題を解決するのに理想的です。



エンジンを選択する必要がある非常に重要なパラメーターは、 必要なエンジントルクです。 私の場合、室温で固定できる最大トルクは2 kg / cmでした。
余裕を持たせたいので、最小トルクを3 kg / cmに設定しました。



次に重要なパラメーターは、位置決め精度です。 ステッピングモーターを使用することを既に決めているので、質問は次のとおりです。モーターに必要なステップと、マイクロステップをサポートするドライバーを使用する必要がありますか。 利用可能なエンジンのほとんどは、1回転あたり1.8°（または200ステップ）のステップがありますが、0.9°（1回転あたり400ステップ）、7.5°などのステップがあるモデルも利用できます。 このパラメーターも個別です。 私の場合、焦点領域は約15°でした。



その結果、1.8°または0.9°のピッチのステッパーモーターを使用できるという結論に達しましたが、いずれにしてもマイクロステップをサポートするステッパーモータードライバーが必要です。 このため、Arduino Shieldとして配布されている一般的なドライバーの使用を放棄しなければなりませんでした。すべてのドライバーはマイクロステップをサポートしていません。 選択肢は、アクセスしやすく安価なPolulu A4988でした 。これは、実際には別のボードに配置する必要がありました。
後の次のプロジェクトでは 、同じメーカーのDRV8825を使用しましたが 、ずっと気に入っています。

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A4988を制御するには、少なくとも6つの信号（ENABLE、STEP、DIRおよび3つのマイクロステップ信号MS1、MS2、MS3）が必要です。 リモコンの3つのボタン（左、右、「リリース」）と速度LEDを考慮すると、マイクロコントローラーの10個のデジタル出力を使用する必要があることがわかります。

栄養

Arduino Unoはかなり広い電圧範囲（推奨範囲は7〜12V）と小さな電流で駆動されるため、電源を選択するときは実際にエンジンから離す必要があります。 A4988ドライバーは、8〜35Vの電圧をサポートします。 ステッピングモーターは、さまざまな定格パラメーター（さまざまな電圧と電流）を備えた幅広い品揃えで提供されます。 コントロールユニットとエンジン自体の両方に電源を使用したいと思います。 ここから制限があります。供給電圧は8〜12Vの範囲でなければなりません。 最終的な選択は、必要なパワーに基づいてエンジンを選択した後に行うことができます。
さらに、望遠鏡の使用場所を検討する価値があります。 私の場合、これはロッジア（〜220 V）、家の屋根（バッテリー）、道路（車、12 Vまたは〜220 Vのインバーターを介していますが、場合によっては車を出てから再びバッテリーを出さなければならない）です。 おそらく、誰かが電源の代わりにすぐにバッテリーを手に入れる必要があります。

力学

モーターの同軸配置を選択しました。 カップリングの助けを借りて、モーターは焦点合わせ装置のシャフトに直接固定されています。 2番目の支点は、フォーカサー本体へのエンジンの任意の剛性マウントです。 シンプルで信頼性が高いですが、より多くのトルクが必要です。 このようなスキームは、可能な限り取り付け（1ポイント）を簡素化し、必要に応じてエンジンの取り外しと取り付けを容易にし、最も重要なことには、ギア、プーリーなどの機械部品の「位置合わせ」を回避します。

スキーム1

重量と寸法

エンジンは望遠鏡の焦点合わせ装置に配置されるため、重量が重要です。 重量が多すぎるとバランスが複雑になり、マウントと三脚への負荷が大きくなり、寸法が大きくなります-風損を加えます。 したがって、エンジンが小さければ小さいほど良いです。 この基準は非常に個別であり、最大エンジン重量を300 gに設定します。

主要コンポーネントの選択（プラットフォーム、SD、PSU、ハウジングなど）

エンジンの選択

そのため、特定のステッピングモーターが必要であると既に判断しています。
次に、ブラウザを起動して、インターネット上で適切なエンジンを探します。 中国の平均コストは10〜20米ドル、ロシア連邦の平均コストは1000〜1500rです。 定格電流が可能な限り低いモーターを選択しようとします。 理論的には、最大2Aの電流のモーターを使用できますが、大電流はエンジンの強力な加熱につながり（焦点を合わせた後は毎回オフにする必要があります）、バッテリー消費が速くなります。 さらに、A4988ドライバーには電流リミッターが組み込まれています。これは、非常に高い電流用に設計されたモーターを接続できるため、優れています。 悪いニュースは、そのようなエンジンでは必要なトルクが得られないことです。

力学

カップリングを選択するには、内径を知る必要があります。 これを行うには、フォーカサーシャフトの直径を測定し、モーターシャフトの直径を調べる必要があります。 私の場合、それぞれ8 mmと5 mmでした。 また、トルクを知る必要があります。


エンジンをフォーカサーにマウントすることは、純粋に個々のタスクです。 私はそれを次のように解決しました：アルミニウムのコーナー（特別にカット）をエンジンにねじ込み、このコーナーが入るフォーカサーのボディのスロットをカットしました。 これはすでにクランキングを除外するには十分ですが、バックラッシュを除外するには十分ではありません。 バックラッシュをなくすために、私は変圧器リングを取り、内側に医療待ちのストリップを接着し、フォーカサーに固定しました。 アルミニウムの角に別の穴を開け、ボルトでクランプを引っ張りました。 バックラッシュはなくなりましたが、もちろん構造全体は堅固ではありません。私は、柔軟なカップリングを介して、フォーカサー+シャフトのマウントに1つの支点を得ました。 したがって、カップリングのモビリティはほとんどありません。 実際には、この可動性は干渉しませんが、カップリングの変形に対するトルクの一部を「食べる」ことができます。
この質問は創造的で非常に個性的です。

コントロールユニット用プラットフォーム

実際、確かに多くのオプションがあります。私はArduino Unoを選びました。

電源の選択

非常に一般的な電圧は12Vで、停止したのはその電圧でした。 Arduinoに適しています。 この電圧用に設計された多くのステッピングモーターが市場に出回っています。 大量の電源、バッテリーがあり、車のシガーライターから直接接続できます。
私のデバイスについては、12Vおよび25ワットの電源に落ち着きました 。

建設的

最初は、デバイスを開発するときに標準コンポーネントを使用するための条件を設定しました。以下の仕様のすべてのコンポーネントは店舗で入手でき、大部分はインターネットで注文できます。

エンジンコントロールユニット

したがって、このデバイスの頭脳はエンジンコントロールユニットです。 乱雑にならず、フォーカサー、Arduino Unoマイクロコントローラーボード、およびA4988ドライバーに負担をかけないように、それらを別の標準的な工業ビルに配置しました。 したがって、ケースには次のコネクタが表示されます。

• 電源（必要に応じて、標準のArduinoコネクタと独立したエンジン電源用の別のコネクタ）
• モーター電源ケーブルコネクタ
• PCおよびリモートコントロール用のマイクロコントローラーUSBポート
• リモートコントロールコネクタ

経験が示しているように、私は非常に質の高いケースではあるが、最も成功したものではないものを選んだ。 あなたは同様のものを撮ることができますが、数センチメートル低く、1-2センチメートル広いです。
コントロールユニットを望遠鏡の下または三脚の棚の上に置きます。 したがって、ケーブル長BU-モーターは約1mでなければなりません。 ケーブルは4芯で、最大2Aの電流に十分な断面積です。 自分で織ることができます。

リモコン

繰り返しますが、プリント回路基板を内部に配置できるようにするために、任意のケースを選択できます。 最初にプリント基板を準備し、次にケースを選択することをお勧めします。
回路基板についての別の言葉。 私は本当にPCBレイアウトに従事したくなかったので、完成したブレッドボードをDIP-1Mのはんだ付けに使用し、A4988の下で1/4カットし、残りをリモートコントロールに使用しました。


今日は以上です。 選択したコンポーネントの詳細については、こちらをご覧ください 。

回路図は、 ここと最初の部分にあります。
次のパートでは、Windowsのマイクロコントローラーコードとコントロールパネルコードについて説明します。