远程控制天文台DIY

就目前的国情来说,花钱买一个天文台并不实际,往往钟情天文的人又都不是大款,让他们花费十几万去买一个进口的天文圆顶,估计家里的“财政部长”不会同意,因此DIY成了必经之路。本文冗长,意在用个人的实践谈谈夹缝中成长起来的我的天文梦,多为一些罗嗦的介绍,颇有些混稿费的味道。

一、基地


如果你不打算满足于一年外出观测一两次,或者不是一位顽固的阳台派,那么在郊外找一个相对固定的观测场地就非常必要了。凭三寸不烂之舌以及天文爱好者固有的执着劲,在乡下找一个临时存放设备的小屋应该不成问题。需要注意的是最好满足以下几条:

1、安全

2、交通较便利

3、有电,稳定,不经常断电。

4、有电话,有网络(可后期逐步解决)

5、要远离路灯,至少南面没有路灯。

6、房东是个厚道人

经历几次观测,如果房东认为你也是个实在人,相信他会同意你自己兴建一个占地56平方米的私人天文台。甚至他会很乐于帮你看管(如果你也乐意抽空给农民的儿子补习功课的话)。

我的私人天文台就建在乌鲁木齐南山天文站,房东是站长,自然满足以上几条。

二、是圆顶,还是推拉平顶?


当然是推拉平顶!从性价比的角度来说,房顶可以推开的设计要比旋转圆顶更有优势。另外,平推式屋顶设计、建造、使用都相对比较简单,更适合DIY。以下是我的房屋设计图以及实物照片(非设计师出身,见谅)。



 


需要提出的是,屋顶轨道南高北低,当初是考虑到便于雨水下泻,后来发现还是南北等高比较好,更便于建造和运动控制,防水只需再在平顶上搭一个“^”状单板铁皮即可。

三、材料、工具

主要建设材料我选择5厘米厚的彩钢板,它是由两边铁皮夹中间泡沫组成,重量轻,切割安装容易,我非泥瓦工出身,碰到水泥和砖瓦会傻眼。


你还需要一些角钢、槽钢、滑轨、门边铝、铁皮等连接材料。必备的工具有电钻、手持打磨机、拉铆枪、锤头、钢锯等。

四、建造观测室


与后面的工作相比,搭建这个小屋并非想象中的困难。底边先用槽钢固定,然后立上四面墙,四边内外用角钢固定,不动屋顶也用角钢固定好,然后在东西墙上固定好滑轨,装入滑动轮,盖上活动顶。所有连接处都用直径4毫米的铆钉铆定,对一些关键部位用 4mm长螺钉打通固定。


其中最重要的当然是要调整好活动顶,两导轨要平行,滑动轮与屋顶要连接结实,尽量减少屋顶平动时的各种阻力。


我的观测屋南面的墙还设计成可下翻的活动门,便于观测南方低空目标。最后还要修补一些用于防风排水的设施。由于彩钢板很轻,还需要在四面底边加固一圈水泥混凝土,否则,在狂风下会出现“乾坤大挪移”的怪现象。建成后,估计整个观测屋有300多公斤重。

五、远程控制的思路

见下图,简单概括一下就是:远端观测室所有操作都实现计算机控制,然后本地计算机通过INTERNET“远程桌面连接”登陆远端计算机,控制操作远端计算机。



要实现所有观测操作均由计算机控制,这一点是难度最大的,见下图,见到计算机机箱后的那一堆线,你就会了解到其复杂性。


六、计算机控制周边设备

计算机控制外部设备的方式常见的有三种,即:USB口,串口和口,其中USB口常用来控制相机和摄像头,标准统一、性能稳定、安装容易,一般不会出问题,只是要注意USB延长线最好不要超过5米,且不要与220伏市电电源线靠得太近,否则传输信号易受干扰。

通过并口来控制外设是一种传统的方式,平时见到的各种打印机,多是通过并口发送指令来进行操作,但由于其指令简单,接口较大,不便扩展,一般计算机主板上只配置了一个。我的主机是用这个并口来做TOUCAM监视摄像头长曝光控制。相关制作细节大家可以访问http://www.xjltp.com/wthltp/Dispbbs.asp?BoardID=5&id=2804,改造后的TOUCAM
840K
摄像头可以兼顾监视观测屋内设备姿态和监视星空的双重作用。

在天文方面应用最广泛的计算机控制方式是通过串口来进行,甚至有一个专门的控制协议——“ASCOM”,几乎所有的知名天文产品都支持该协议,与该协议相关的计算机控制软件也举不胜举。这个协议不仅支持各种赤道仪的控制,还支持圆顶、电动调焦、天文用小型气象台等等几乎所有与天文设备相关的控制。在远程控制中使用电子星图软件(如:The
Sky
Skymap,Starry night等)对赤道仪进行GOTO的控制是最基本的操作,我目前使用的GPD+GOTOSTAREQ6都能较迅捷准确的完成GOTO指向操作。


能控制相机,能控制赤道仪了,还有什么需要控制的呢?呵呵,还多着呢——屋顶的开启关闭、观测屋内的灯,监视摄像头的上下左右转动,电动物镜盖,甚至电动调焦、电动滤光轮等等,凡是观测中原来用手动操作的工作,现在都需要用电机和开关来代替。但从原理上讲,这些都比控制赤道仪GOTO要简单得多,因为这些操作都可以用“开、关”来实现,也就是直接对应计算机输出指令的“0”和“1”:让计算机串口输出含有“0”“1”的指令,经外部电路解码,再经驱动电路放大驱动继电器动作,最终来控制相应电路通断即可。

89C51单片机芯片可以完成对串口指令解码的任务,在北京同好会曹军的无私帮助下,开发了相应的软件SimpleByte及外部电路,使用起来很方便亦很稳定,在此特表衷心感谢,大家可以访问http://www.baas.org.cn/programming/bcb/simplecom/simplebyte.htm,程序源代码都是公开的,有单片机和编程基础的同好可以自己制作实验。


七、被控终端


突破了以上技术问题,剩下的就是各项小制作了,其间你会发现铝比钢铁更容易加工,找套合适的齿轮有多么困难,淘宝网上可以找到你想要的很多东西,比如合适转速和功率的电机,有些连接件自己无法加工,就需要简单画个图纸找有条件的师傅或公司代加工,总之,不要小看这项工作,每制作一件小玩意都要消耗你一整天甚至一周的业余时间,至于出点儿意外,负点儿小伤,全部返工等等都是家常便饭而已。好在每次总有成功的喜悦相伴。


电动屋顶


监控云台


电动下翻墙


滑动屋顶滑动轮


电动花盆物镜盖,电动调焦,电动滤光轮

 

把这些终端一个个地连接起来,软硬件都调试好,确是件不易的事,但路总是步步走过来的:)

八、远程控制


当你能在观测屋里完全用计算机进行各种操作并成功拍摄了一张天文照片后,就可以考虑进行远程控制了。

这一步其实最简单,用Windows操作系统自带的“远程桌面连接”就足够了。当然远端计算机必须有一个IP,你最好向电信申请一个静态IP,如果你不想花那个钱,也可以下载并安装花生壳虚拟域名解析服务,申请一个虚拟域名挂在远端计算机上,Ping这个域名就可以得到远端计算机的动态IP,完全免费,但稍有些不稳定。如下图,


在程序->附件->通讯->远程桌面连接窗口中,填写好各项后,点击“连接”就可以登陆到远端计算机桌面,你就像使用自己的计算机那样对其进行各种操作。当然考虑到网速,最好不要或少使用视频和音频,以节省有限的带宽,我一般使用QQ聊天工具自带的语音聊天工具来监听远端观测屋的情况,效果尚可。

至于远程开关机,可以使用MODEM唤醒主机方式,找一个外置MODEM,插好电源线、电话线,将串口插入计算机主板上的串口座,在计算机CMOS里设置Power
Management Setup
->Wake-Up
On Modem
Enable,一切OK,一打这个电话,计算机就启动了,关闭远端计算机,可在本地远程桌面窗口被激活的情况下,按Ctrl+Alt+End实施。

九、保护部分

网络发生故障怎么办?远端计算机死机怎么办?我曾因为此事无数次赶往70KM外的观测屋,只为按一下计算机的reset键重启计算机,尤其是在冬天,俺们那旮哒会到零下20多度,电子元件发生故障是常有的事,曾有一次正在远程拍摄,网络突然中断,我的望远镜就那样着凉了一晚上,好在没有下雪,好在我的赤道仪转到地平线以下会自动停转。


有天在网上发现一个叫电话遥控空调开机的东西,通过打电话就可以控制一些开关,正好可以用来解决远端计算机死机后重启的问题,立即买了个简装版,才100多元,安装后,打个电话,输入密码,通过电话按键就可以实现关屋顶,开启关闭远端总电源的功能,很棒的小家伙。


电话遥控器


另外在观测屋的总电源处安装空气开关及在各控制部分安放保险管,限位微动开关,甚至安装火灾报警器都应该考虑到。再放一个温度湿度表,通过监视摄像头监视也对每次观测很重要,当然如果在屋里放个灭火器就更好了。

十、结束语

大的问题应该就这些了,其他对这对那修修补补,只有问题出现了,也能想到并解决,亦没必要再些赘述


目前,国外比较成熟的远程控制天文台几乎可以做到全自动,每晚观测前给远端计算机一个目标列表,就可以去睡大觉了,这样可以有更多的精力用于对观测数据的后期分析处理。当然有人会说那就没意思了,“我就是要体会那种身临其境、现场拍摄的感觉”,呵呵,这个我没什么意见,每个人在天文方面都有各自的兴趣点,没必要让别人都认可你,也没必要把自己的意愿强加到别人身上,只要不放弃就难能可贵了。望天文同好间能屏弃成见,真诚交流。


感谢北京曹军、广东邹蕾、新疆王传波、王利东、陈钧杰、李伟、李文亮及更多甚至不知姓名的同好,感谢他们对星明远程控制天文台建设的无私帮助。

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