Die Kuppelsteuerung
Eigenbau der Kuppelsteuerung und des Kuppelantriebs
Kurzbeschreibung meiner Kuppelsteuerung, die in der Baader-Kuppel der Sternwarte installiert ist und im Remote-Betrieb läuft.
Das Innenleben der Steuerung
Beschreibung der Kuppelsteuerung
- Anschluß 12V DC
- Anschluß Azimut Sensor
- Anschluß Azimut Motor
- Anschluß Kuppelspalt Motor mit Sensorelektronik
- Potenzialfreier Schaltausgang z.B für Licht
- Schalteingang USV Signal oder Wolken-/ Regensensor
- Taster CW/CCW für Kuppeldrehung (Azimut)
- Taster Auf/Zu für Kuppelspalt
- USB-Anschluß der Prozessorplatine
Zusätzlich im Bild: Prozessorplatine Velleman K8055, Funk Fernbedienung für Azimutmotor und die Relayplatine.
Bei der Umsetzung wurde von vorherein auf einfache und bezahlbare Technik geachtet. Zur Elektronik (Prozessorplatine Velleman K8055) und Mechanik der Kuppelsteuerung nutze ich die sehr gut funktionierende Software *Dome Control – LesveDome driver* von Pierre de Ponthiere (Belgien). Die Software läuft auf Personalcomputern mit dem Betriebsystem WinXP/Win7 (32/64 Bit) und ist als zeitbegrenzte Testsoftware oder als Vollversion über eine Lizenz bei Pierre zu erwerben ist. Der Support wird zusätzlich durch ein Yahoo Forum und über den Entwickler gewährleistet.
–> Vielen Dank an Pierre für diese gute Software und technische Unterstützung!
Blockschaltbild Kuppelsteuerung
Funktionsschema
Alle wichtigen Grundeinstellungen für den funktionstüchtigen Kuppelbetrieb sind in der Software vorhanden. Die technischen Gegebenheiten der Kuppel wie der Durchmesser, die Lage des Teleskops im Kuppelraum, die Eigenschaften des Azimut-Rades und des „Zählbetriebs“ sowie Home- und Endschalter sind im Setup der Software frei konfigurierbar. Die Kuppelsteuerung ist über seine USB-Schnittstelle mit einem USB Netzwerk-Server (GBit) und einem Remote-Steuerungsrechner (PC) mit dem Büro und Arbeitsraum im Wohnhaus verbunden. Der Datenaustausch der Azimutdaten erfolgt direkt zwischen den Ascom Treibern der Teleskopmontierung und dem Ascom-Treiber der Kuppelsteuerungs- Software auf dem Rechner.
Lochscheibe Azimutsensor
Azimutrad Kuppelantrieb
In diesem Beispiel erfolgt mit einer 100mm x 3mm
Alu-Lochscheibe (16 Bohrungen) durch zwei Gabellichtschranken die Auswertung der Impulse und Drehrichtung im Graycode auf der Prozessorplatine. Der Umfang des Kuppelkranzes, Durchmesser der Lochscheibe und die Anzahl der Bohrungen der Lochscheibe sind im Setup einstellbar. Als Home-Sensor für die Grundstellung der Kuppel dient ein einfacher Magnetschalter. Das Öffenen und Schließen des Kuppelspalts ist über Endschalter und/oder Zeitintervall wählbar.
Azimut und Homesensor mit Federarm
Als Planetariumsprogramm kann natürlich jedes Programm wie (z.B. The Sky 6, Cartes du Ciel, Stellarium u.A.) genutzt werden, das über eine Ascom-kompatible Schnittstelle mit der Teleskopmontierung kommuniziert. Die Steuerung erhält dabei die (Azimut)-Daten direkt aus dem Ascom-Treiber der Teleskopmontierung, berechnet die neue Position und stellt den Kuppelspalt immer automatisch vor die Öffnung des Teleskops.
12V DC Motor mit Halterung, im Hintergrund das Laufrad mit dem eingebauten Azimut Sensor
Kuppelantrieb (Motor)
Die Kraftübertragung auf den Kuppelkranz erfolgt über ein 45mm Reibrad (Continental-Rotafrix), das durch einen 12V DC Motor (Doga Do11137632B00/3049) mit 4A bei 6Nm Drehmoment (25U/Min.) angetrieben wird; eine Umdrehung der Kuppel erfolgt in ca. 1Min 19Sec.
Motor und Antriebs-Reibrad gewährleisten einen sehr laufruhigen Betrieb bei ausreichend Antriebsmoment; für 220V AC-Motoren können optionale Relays und ein Frequenzwandler genutzt werden. Zusätzlich sind für den kabellosen Handbetrieb (Azimut und Kuppelspalt) zwei Taster und eine Funk-Fernbedienung vorhanden. Die softwaregesteuerte, automatische Nachführung erleichtert den Kuppelbetrieb natürlich in den kalten Winternächten erheblich.
Kuppelsteuerung mit Fernbedienung
Der Steuerungskasten
Links im Bild befinden sich die Ausgänge für Kuppellicht, Home-Sensor, Azimut-Sensor und die Kuppelspalt-Elektronik. Rechts der USB- und 12V-Eingang. Auf dem Gehäuse ist die abnehmbare Funk-Fernbedienung für die Kuppeldrehung und den Kuppelspalt montiert. Insgesamt bisher eine praktische Sache.
Schaltpläne und weitere Einzelheiten…
Prozessorplatine (Anschlußplan)
Schaltung der Prozessorplatine
Die Prozessorplatine ist ein Velleman K8055 Board und kann direkt über die USB Schnittstellen angesprochen werden. Alle weiteren Anschlüsse sind der Beschreibung dieser Schaltungen und des Velleman Boards zu entnehmen.
Azimut- und Home- Sensor
Der Azimut- und Homesensor
Schaltbeispiel der Gabellichtschranken des Azimut Sensors mit zwei Omron EE-SX1042. Bei kleinerer Lochscheibe können auch die funktions- und
pinkompatiblen EE-SX1041 (Conrad) genommen werden. Die Auswertung (Drehrichtung und Anzahl) der Impulse erfolgt durch die Rotation der Azimut-Lochscheibe während der Kuppeldrehung. Der Home-Sensor ist ein einfacher Magnetsensor.
Schaltplan Relaykarte
Schaltplan der Relaykarte
Im Bild ist der einfache Schaltplan der Relaykarte, wie er für meine Kuppelsteuerung z. Zt. umgesetzt ist. Die Signale (aktiv low) des Controllers werden direkt mit der Anschlußleiste der Relaykarte verbunden. Zusätzlich sind zwei potenzialfreie Schaltausgänge für Licht und das Teleskop vorgesehen, die (bei Bedarf) ebenfalls über die Kuppelsteuerungssoftware geschaltet werden. Diese Ausgänge sind für Verbraucher (12V oder 220V/ max. 7A) ausgelegt. Als einfache Bedienel
emente für Kuppeldrehung und Kuppelspalt (auf/zu) sind im Gehäuse zwei zusätzliche Taster (2xUm) vorhanden.
Kuppelspalt Platine
Die Kuppelspalt-Platine
Kommen wir zur ebenfalls sehr einfachen Schaltung der Kuppelspalt-Elektronik. Die benötigte
Zeit zum Öffnen und Schließen des Kuppelspalts wird zunächst im Treibe
r der Lesvedome Software (Ascom) eingestellt. Beim Öffnen oder Schließen legt dabei die Relaykarte (Motor Kuppelspalt) der Basissteuerung die Spannung mit entsprechender Polarität für die Motorwicklung an den Eingang der Kuppelspalt-Platine in dem zuvor eingestellten Zeitraum an.
Über die Endschalter (E_S1/E_S2) des Kuppelspalts wird bei erreichen einer Endposition der Schalter geöffnet und die Versorgungsspannung für den Motor (die Motoren) durch das Relay unterbrochen. Als Endschalter (Öffner) können einfache Kontakt- oder Magnetschalter eingesetzt werden. Die Kontaktierung (Versorgung Motor) zur Platine erfolgt über zwei Schleifkontakte am Kuppelkranz und ist natürlich nur in der festen Park- oder Homeposition der Kuppel möglich. Die Positionen werden ebenfalls im Ascom Treiber festgelegt.
Platinensatz
Platinensatz
Von der Schaltplatine (für Verbraucher), der Motoransteuerung des Azimutantriebs, der Kuppelspaltplatine und der Azimut- Sensorplatine habe ich inzwischen ein 1,5mm Platinensatz im Mehrfachnutzen angefertigt.
Neues Azimutrad
Das neue Azimutrad (43mm) mit 6-fach Lochung und Halterung aus dem 3D Drucker (PET-G-Filament) sorgt inzwischen für eine höhere Genauigkeit bei der Abtastung der Kuppelposition. Als Reibradfläche ist ein 38mm O-Ring aufgespannt, ein einfacher Hebelarm mit Federmechanismus gleicht Unebenheiten aus und drückt das Laufrad für die Positionsauswertung gegen den Kuppelkranz.
Die neue Switchbox
Inzwischen ist die Steuerung komplett mit Funk-Schalttechnik erweitert. Zusätzlich zu den bereits bestehenden, motorischen Ausgängen gibt es jetzt ein selbstlernendes 433 Mhz Funksignal zur Steuerung der Motoren für die Bewegung von Kuppelspalt und Azimut. Dazu ist die Kuppelspalt- und Azimut- Motorisierung neu gestaltet und mit eigenständigen Funkempfängern versehen. Im aktuellen Automatisierungsprojekt wurde bisher für das Gerätezubehör (Filterrad, Lüfter, Focuser, Flachbild-Flap, AAG Cloudwatcher u.A.) am Teleskop ein 12V IP-Switch benutzt; der ist jetzt eingemottet. Denn das Kuppel Rotations- und Kuppelspalt- Öffnungssystem ist bereits mit einem K8055N Controller realisiert und wird mit dem LesveDome ASCOM Treiber gesteuert. Ein recht schönes Merkmal der LesveDome Software ist, dass die GUI einen zweiten K8055 mit ASCOM-Switch-Protokoll unterstützt.
Des Weiteren wurde zur Lüfterregelung noch eine H-Bücke mit LMD 18200 vorgesehen, denn dafür sind vom zweiten K8055 die PWM Ausgänge (Analog OUT) verfügbar und steuerbar. Ein motorsiches Flip-/Flap System für den automatisierten Tubusverschluß und die zusätzliche Lüferregelung werden die Remotesteuerung vervollständigen.
Das netzseitige Einschalten der gesammten Versorgung der Netzteile (12V/24V) übernimmt eine Schaltleiste mit ESP8285 und liefert mir zusätzlich die aktuelle Luftfeuchtigkeit und Temperatur in der Sternwarte.
Ausgestattet ist die Switchbox mit 8-fach Relay für die 12V Verbraucher und zwei schaltungstechnisch angepassten PWM Regler-Moduln (LMD18200) für Lüfter oder Taukappenheizungen bis 3A je Kanal.
Kuppelsteuerung mit Netzwerk-Anschluß
Kuppelserver mit Funk und GPS
Die Kuppelsteuerung ist auch noch einmal funktionell erweitert und ein kleiner Kuppelserver (USB) mit eigenem Netzwerkanschluß (GBit) geworden.
Somit ist mit integriertem USB-Server und Hub, 16 Kanal Funksender für die Motoren und Schalter, mit einem integrierten GPS Stick für genauste Zeitsynchonisation alles Wichtige vorhanden. Die Abweichungen der Systemzeit von der synchronisierbaren GPS-Time betragen nur wenige Millisekunden.
Zusätzlich hat der Server noch einen USB-Ausgang für Temperatur und Luftfeuchtigkeit (Astroblue, TemPerHym oder UT330B) mit Datenlogger. Ein weiterer, zusätzlicher Ausgang für die WatchDog Überwachung (eigene 12V Notspannung) bei Systemabstürzen sowie ein Eingang für den Neigungssensor (Teleskop-Position) ist z.B. für eine Flachdachsteuerung (Not-Schließung) vorhanden.
Komplette Kuppelsteuerung mit GPS, USB Server und Funksteuerung über Netzwerk.
Das Funksystem erleichtert die freie Wahl der Motorsteuerung, z.B. Schiebetorantriebe für eine Flachdachsteuerung oder andere Funkempfänger für Azimutmotor und Kuppelspalt enorm. Die Reichweite des Senders ist mit 1000 Meter im Freifeld (433Mhz) spezifiziert und funktionierte bei Tests durch mehrere, dicke Wände im Haus einwandfrei.