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“为了看星星,我自己做了一个行星观测器”

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本帖最后由 RRoy 于 2020-8-3 11:42 编辑

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星空,永远是大家神往的地方。

这次给大家带来的项目,是外国小哥用树莓派和天文望远镜制作的一台智能行星观测器。
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观测器从 NASA 获取已知行星的坐标数据,然后可以自动调整角度,聚焦这颗行星,让我们很方便地观测它们。

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相信它能很好地带我们好好感受一下外太空世界。

材料清单

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  • 树莓派 3B ×1  
  • 16×2 LCD 屏幕 ×1  
  • 带驱动器的步进电机 (28-BYJ48) ×2  
  • 按钮 ×3  
  • 法兰联轴器 5mm ×2  
  • 按钮指南针 ×1  
  • M3 螺栓/螺母 ×8  
  • 3D 打印外壳 ×1  
  • 3D 打印望远镜 ×1

行星坐标数据

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这里介绍两种定位行星的方法。  

  • 使用水平坐标系。它可以从北方(方位角)向上方倾斜一个角度和从地平线(高度)向上方倾斜一个角度,具体以我们的位置而定,角度会有所不同。这个方法以北方作为参考目标。
    参考资料:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal\_coordinate\_system

  • 将树莓派连上 WiFi 后,直接连接到 NASA 获得数据。

访问行星数据

从 NASA 喷气推进实验室(JPL)获取数据:

https://ssd.jpl.nasa.gov/\?horizons

访问数据前需要安装 AstroQuery 库,这个库是用于查询行星网络表单和数据库的工具。下载地址:

https://astroquery.readthedocs.io/en/latest/jplhorizons/jplhorizons.html

如果这是你的第一个树莓派项目,可以先参考下面的设置指南:

https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started

确保安装最新版本的 Raspbian(我使用的是3.7.3版)。打开终端运行命令:

sudo apt install python3-pip

然后使用 pip 安装 astroquery 的升级版本。

pip3 install --pre --upgrade astroquery

在继续完成项目前,可以使用简单的 Python 脚本访问该数据,确保所有依赖正确安装。

from astroquery.jplhorizons import Horizons

mars = Horizons(id=499, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')

eph = mars.ephemerides()

print(eph)

不出意外,这串代码会显示火星的详细位置。我们可以查看火星定位是否正确:

https://theskylive.com/planetarium

为了方便查询,我会做简化处理。其中 id 表示是 JPL数据中与火星的数据,epochs表示获取数据的时间,id_type表示询问太阳系主体。“000”在格林威治天文台的位置代码中表示英国的位置。其他位置可点击查看:

https://minorplanetcenter.net//iau/lists/ObsCodesF.html

故障排除:

如果出现报错:No module named ‘keyring.util.escape’
可以在终端中输入以下命令:

pip3 install --upgrade keyrings.alt

编程

为了找到精确的坐标数据,在getPlanetInfo修改位置信息(使用上一步中天文台的列表修改这里的location

def getPlanetInfo(planet): 
        obj = Horizons(id=planet, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')    
        eph = obj.ephemerides() 
        return eph

完整的 python 脚本下载方式,在文末告知。

连接硬件

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在该步骤中,要连接面包板、跳线、两个步进电机、LCD 屏幕和三个按钮。在树莓派上找到引脚,在终端上输入

pinout

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上图显示了 GPIO 编号和板子编号。

连接方式如下:  

  • 第一个进电机 – 7、11、13、15  
  • 第二个进电机 – 40、38、36、32  
  • 按钮 1 – 33  
  • 按钮 2 – 37  
  • 按钮 3 – 35  
  • 显示屏 – 26、24、22、18、16、12

当全部连接后,运行 python 脚本

python3 planetFinder.py

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在屏幕上会显示设置文本信息,并且按钮可以启动步进电机。

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所有打印 STL 文件,文末提供打包下载链接。

测试3D打印件

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部件都打印完成之后,在涂胶水之前,先确保它们都能紧密贴合。

将按钮安装到位,固定显示屏和步进电机,打磨一下外壳,确保所有组件都能正常使用。然后我们再进行下一步的操作。

安装步进电机

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步进电机将控制位于外壳上方的望远镜的仰角,所以需要延长电线方便旋转。安装方法可以参照上图。

接线完成后,可以运行一下 python 脚本,检查是否一切正常。

然后将电线放回管内,直到步进电机就位,再将步进电机固定在外壳上,把外壳粘合。

安装按钮和 LCD 屏幕

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如图所示安装按钮,在焊接前使用螺母把它固定好。

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使用M3螺栓和螺母固定LCD显示器。请将LCD其中一个引脚焊接到电位计上。

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在将所有的组件粘合之前,再次测试代码,确保所有能够正常工作,因为该阶段更容易修复。

添加法兰联轴器

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将3D打印的底座连接到步进电机。

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我们把5mm的法兰联轴器安装在步进电机的顶部,并用螺钉固定到位。

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将望远镜安装到旋转塔顶上的电机很简单,因为有足够的空间可以将小螺钉固定到位。

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一个法兰器粘连在旋转塔架的底座上,另一个安装在望远镜上。再次测试,确保裸露的电线彼此不接触,用电工胶带缠住并修补可能引起问题的任何地方。

启动

因为想把它独立运行,而不是每次手动代码寻找行星,因此把观测器设置为在树莓派开启时运行代码。在终端中输入。

crontab -e

在打开的文件中,在文件末尾,另起一行输入。

@reboot python3 /home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py &

代码保存在 PlanetFinder 文件夹中,因此文件位置为:/home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py。如果你保存在其他地方,请在此处更改。

说明:代码末尾的&是允许代码在后台运行,因此它在启动时不会阻止其他进程。

完成组装

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将小指南针添加到旋转底座的中间,最后,将所有的组件安装到位!

使用方法

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1、当望远镜开始启动时,调整垂直轴。按下向上向下按钮可以移动望远镜,调整好后按下 OK 按钮即可(位于底部)。

2、调整旋转角度,使用按钮旋转望远镜,直到小指南针将望远镜指向北方,然后按下 OK 按钮即可。

现在,我们可以使用向上、向下按钮选择行星,确定好后按下OK按钮即可。它将显示选定行星的高度和方位角,指向它几秒后再转向北。

到现在,项目就算全部完成了。

赶紧去找找你心中的那颗行星吧!
IMG_6856.JPG

项目作者:snowbiscuit
项目来源:https://www.instructables.com/id/Raspberry-Pi-Planet-Finder/



行星观测器.zip

694.51 KB, 下载次数: 14

汤果  高级技匠

发表于 2020-6-30 16:08:42

酷炫又拉风!献上我的膝盖Orz
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hnyzcj  版主

发表于 2020-6-30 16:55:52

效果怎么样
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gray6666  初级技神

发表于 2020-7-1 07:38:20

接个单反,拍出来
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