Goto controller for Equatorial mounts based on 'PicGoto' system

Da ragazzo mi ero appassionato all'astronomia ed ai suoi metodi di osservazione ed ero stato un fortunato possessore (a quei tempi e considerando le finanze a disposizione di allora) di un telescopio rifrattore da 10 cm (e 2 mt di focale! costruzione Alinari di Torino degli anni '70), ma come spesso accade, vicende e priorità della vita inducono inevitabilmente a fare delle scelte, pressocchè obbligate, ed a trascurare se non ad abbandonare 'le cose meno importanti'. A Natale scorso tuttavia, a seguito di un improvviso ritorno di fiamma, mi sono concesso l'acquisto di una montatura NEQ3 ad un prezzo particolarmente favorevole offerto da un noto distributore tedesco. In verità, già due anni fa mi fu regalato dalla mia dolce metà un rifrattore Bresser 70/700, il famigerato LIDLscope, poco più che un giocatolo ma dotato di un'ottica che a detta di molti si difende piuttosto bene nel confronto con telescopi di pari grado ed è quindi piuttosto apprezzato per le sue caratteristiche ed il buon rapporto qualità/prezzo. Fu questo che mi indusse a riprendere in considerazione le mie antiche mire da astrofilo alle prime armi abbandonate molti anni prima. Il buon piccolo LIDLscope ha però il grosso difetto di avere una montatura a dir poco inadeguata, anche solo per la semplice osservazione dei principali oggetti del cielo. Ecco quindi la necessità di dotarlo di un montatura equatoriale decente ... e non solo.
Navigando nel web scoprii infatti, alcuni mesi fa, un sito spagnolo curato da un gruppo di appassionati astrofili. Fu Ángel Caparrós, il promotore e principale sviluppatore dell'iniziativa, che già dieci anni fa circa iniziò a progettare e rendere pubblico il frutto del loro lavoro, dedicato alla creazione di un sistema di controllo elettronico per montature (equatoriali ed altazimutali) tipo Goto. Mi sono detto, beh ... perchè non provarci! E' un sistema completo open source (hardware e software) ed a basso costo, completamente personalizzabile ed adattabile sia a numerose montature disponibili in commercio che per quelle autocostruite. In realtà ero inizialmente piuttosto dubbioso sulla possibilità di completare un tale progetto, un pò perchè sono pur sempre un newbie in elettronica e s/w e un pò perchè il forum di discussione e scambio di informazioni per la realizzazione della circuiteria e del sistema in toto, era, ed è, prevalentemente in spagnolo . Purtroppo gli autori non hanno ancora trovato il tempo per scrivere (tantomeno in inglese) della documentazione che esplichi adeguatamente le grandi possibilità di questo sistema che, tra l'altro, non ha mai smesso di evolversi e migliorarsi. Il PicGoto (PGT, o PGT++) infatti è tuttora in fase di continuo sviluppo e prevede numerose migliorie (server di comando su dispositivi tablet o smartphone con Android, giusto per fare un esempio). Mi decisi comunque a scrivere sul gruppo di discussione per chiedere un primo e generico aiuto su 'come incominciare' e ... dopo poche ore ricevetti una mail di risposta ... da un italiano ... l'ormai caro amico Giuseppe Napolione di Como, che saluto anche da qui cordialmente! Fu lui che mi convinse a proseguire, con più che validi motivi dato che anch'egli di recente si è costruito un sistema PGT perfettamente funzionante, ed inoltre conosce benissimo lo spagnolo ;-)
Ordunque, nell'autunno 2012 incominciai, seguendo scrupolosamente le precise direttive del mio amico Beppe.

I miei primi circuiti stampati 'casalinghi'.

Primi piccoli 'problemini', i circuiti stampati (PCB), necessari per la costruzione dell'elettronica di controllo del PGT, non erano più disponibili commercialmente. Ángel ne produsse solo un piccolo quantitativo tempo fa, che andò velocemente ad esaurimento. L'unica possibilità (oltre a quella di tentare l'allestimento, improbabile, di una scheda millefori) era quella di farsi il circuito stampato da sè. Ammesso e non concesso di avere una certa predisposizione al diy ... a questo non ci ero ancora arrivato, tuttavia, un bel pò di studio e navigazione web e soprattutto l'incoraggiamento di Beppe, al fine 'mi ci sono messo'.
I pochi disegni disponibili di PCB del PicGoto erano anch'essi il prodotto del generoso e volontario impegno di uno dei componenti del gruppo, Manoel, che, a partire dagli schematici dei circuiti disegnati da Ángel, anch'essi alquanto approssimativi al tempo in cui iniziai ad affrontare il progetto (ora è disponibile uno schematico 'ufficiale' del PGT) mise a disposizione una maschera per la stampa casalinga del circuito stampato. Feci così il mio primo 'hetching' a base di stampa laser con trasferimento termico del toner (classica tecnica del ferro da stiro) su basetta ramata e bagno finale in cloruro ferrico. Tuttavia il disegno della maschera di stampa offerto da Manoel era alquanto 'compatto' e presentava molti punti nelle piste che, a mio avviso e data la mia inesperienza in ambito hetching, potevano indurre a probabili 'corti'. Così, prima di saldare la serie dei componenti sulla scheda appena prodotta, decisi allora di tentare di disegnarmi un mio layout della scheda (con Fritzing, e ovviamente con l'insostituibile supporto ed approvazione del mio amico Beppe). Ho così realizzato una PCB un pò più 'ampia', a piste larghe e di più facile realizzazione casalinga (almeno per un neofita come me).

Etching della PCB delEtching nel cloruro ferrico

Qui sotto la scheda del PGT pronta per la foratura e successiva saldatura dei componenti.


Successivo piccolo problemino. I microcontrollori PIC, cuore di questo sistema e forse meno noti degli ATMega tipici del mondo Arduino, richiedono (a differenza degli ATMega) alcuni passi in più per il loro utilizzo nel progetto per chi, come me, prima d'ora non era a conoscenza nemmeno della loro esistenza: la loro programmazione. O meglio, l'uploading del programma nel chip. Occorre ovviamente un programmatore hardware :) e vi assicuro che, sulla base della mia esperienza da newbie, non è stato affatto semplice come può sembrare a chi è abituato all'Arduino e alla sua IDE. Ma non vi preoccupate, una volta capito il metodo e soprattutto individuato il programmatore giusto, tutto diventa semplice. Non avendo esperienza e volendo testardamente 'far da sè', è d'obbligo dover superare alcuni momenti di sconforto.
Fatto sta che, ignorando deliberatamente la tentazione di acquistare un programmatore PIC commerciale, e dopo un paio di tentativi falliti, ho trovato lo schematico giusto e mi sono realizzato il mio piccolo ma efficiente 'TE-20SE'.


Che mi ha permesso di caricare nei due PIC16F628A il software di controllo del sistema, scritto e sviluppato da Angel Caparros.

I componenti del controller, i motori ed il collegamento al PC

Il sistema PicGoto++ (di PicGoto ne sono stati sviluppati, nel corso degli anni, diverse versioni ed implementazioni, a seconda del tipo di motori e della complessità nel controllo delle varie tipologie di montature ed accessori correlati, quali ad esempio il focheggiatore elettrico o la possibilità di collegare un motore per la torretta porta-filtri, ma per questa differenziazione e disponibilità di versioni vi rimando al gruppo di lavoro spagnolo) sostanzialmente si compone di:
  • scatola con l'elettronica e cavi di collegamento
  • due motori (ascensione retta e declinazione) per la montatura
  • server con interfaccia grafica installato sul PC (fornito open-source dal gruppo)
Per i motori (come per tutto il resto d'altronde) mi sono affidato ai consigli di Beppe: due ottimi, efficienti ed economici motorini passo-passo (stepper) cinesi. Sono stepper incredibilmente potenti (utilizzati normalmente per il comando ed il controllo di condizionatori) ed anche veloci, se sovralimentati fino a 20-24V. Questa sovralimentazione ha permesso di aumentare considerevolmente la velocità massima dei motori pur mantenendo una coppia sufficiente all'azionamento efficace degli accoppiamenti vite senza fine-ruota elicoidale dei due assi della montatura. Questi motorini oltretutto hanno un piccolo riduttore meccanico interno che ne permettono una regolazione fine anche a micropassi.
Nelle immagini qui sotto si vede la scheda popolata dei suoi componenti ed un momento dei primi test del sistema quasi completo, con il PGT collegato via seriale (in questo caso con un convertitore PCMCIA-RS232, ma è normalmente usato il classico USB-RS232) al portatile e con collegamenti temporanei ai due motori dell'NEQ3 (in azione nei due video qui sotto).


    



Verificato quindi il corretto funzionamento del sistema (tralascio di dettagliare un importante incidente di percorso, dato che il mio primo 
layout della scheda non funzionava affatto bene, dovuto ad una scorretta distribuzione delle zone di 'ground' nella scheda rispetto ad alcuni componenti 'critici'), sono passato alla realizzazione del 'case' per l'elettronica. (Image gallery)

I cavi di collegamento PGT-motori e PGT-Computer li ho realizzati con piattine tipo telefonico e connettori RJ12 per un facile e veloce assemblaggio del sistema. Qui sotto  un paio di immagini che mostrano il set-up di test con un piccolo cannocchiale-telescopio LIDL (Bresser 60mm zoom 20-60x), contrappesato con 1Kg di dischi da manubrio ginnico ;) ... ben adattato al braccio della NEQ3.


    

E così la mia NEQ3 motorizzata è praticamente completa ...
Il sistema Goto prevede quindi il comando e controllo della montatura motorizzata mediante il server PicGoto++ installato sul PC affiancato dalla piattaforma software universale ASCOM che permette di interfacciare e far comunicare il server con un software di visualizzazione della mappa celeste, quali ad esempio 'Cartes Du Ciel' (SkyChart). E' così possibile lanciare comandi di Goto dal programma CDC direttamente sulla mappa e con il mouse.


Qui sotto alcuni video che mostrano il sistema in azione, comandato in tempo reale dai software Cartes Du Ciel (Sky Charts) e Stellarium, con le funzioni di Goto.

Video del PGT++ v1 con Cartes Du Ciel




Video del PGT++ v1 con Stellarium




Settembre 2013

Piccola modifica interna per permettere l'utilizzo di un cavo di connessione al PC per comunicazione seriale tipo USB-TTL ed eliminazione del MAX232. Ora la comunicazione tra server e controller avviene direttamente senza conversione USB-RS232 e conseguente RS232-TTL. Come si vede nelle foto della mia gallery, è sufficiente un semplice cavetto con chip PL2303 per collegare il PGT con il computer.

https://photos.google.com/album/AF1QipNBxHwrQrd910A5O3lGzGB5miq7fZiuww2hv3Z5/photo/AF1QipMaOvn7yXeiA1f70ZZAoVpvYlm4Er8DVHXMiAk3

Utilizzando un notebook un pò più performante del mio vecchio Acer (grazie Lollo per il prestito del tuo Sony) ho potuto anche testare il software di mappe Stellarium, decisamente più accattivante con la sua grafica OpenGL ed anche più facile ed user-friendly nell'uso. Il collegamento è ormai consolidato sul cavetto USB-TTL di cui sopra, funzionante anche in Windows 7.

Ottobre 2013 (v2)

Realizzata una versione più compatta (che ho chiamato v2) e predisposta per comunicazione seriale con il PC diretta USB-TTL, senza MAX232 e conseguente convertitore RS232. Opzione per la comunicazione wireless mediante dispositivo Bluetooth basato su HC-06 (qui un breve tutorial su come configurarlo per connetterlo al PicGoto).

Novembre 2013 (v3)

Aggiornamento della versione compatta (ora diventata v3) nella quale ho inserito i connettori RJ per collegamento ai motori e seriale al PC direttamente sulla scheda, rinunciando però all'allocazione del socket per l'ULN dei motori ausiliari. Rimane comunque la possibilità di collegare esternamente l'elettronica aggiuntiva nel caso si voglia implementare il motore del focus.


Dicembre 2014 (v4)

Versione per motori stepper bipolari con driver DRV8825. Pagina dedicata qui.





Se qualcuno fosse interessato a schematici, maschere per l'etching o qualunque altra informazione riguardo questo progetto non esiti a scrivermi o a partecipare alle discussioni sul forum del PGT. In questa pagina potete trovare files, schematici ed informazioni più dettagliate sui PGT realizzati finora da me e Giuseppe.

Saluti,

Useful links

PicGoto forum (occorre iscrizione gratuita): http://es.groups.yahoo.com/group/Picgotogroup/
Motori stepper 35BYJ-412B qui
ASCOM initiative: http://ascom-standards.org/