Motorisation d'une monture équatoriale EQ2

(Difficulté : *** moyen)

Ce projet consiste à motorise progressivement une monture équatoriale EQ2 :

Dans la 1ère partie, nous ajoutons un moteur pas à pas et un réducteur au mouvement d'ascension pour suivre (pour une observation visuelle) un objet dans le ciel, une fois la monture mise en station, malgré la rotation terrestre.

Dans la 2ème partie, nous allons modifier l'électronique du moteur pas à pas pour, avec 2 touches supplémentaires, produire un mouvement d'ascension rapide progressif dans les deux sens.

Dans la 3ème partie, nous allons rajouter un moteur pas à pas muni d'un réducteur au mouvement de déclinaison et avec encore 2 touches supplémentaires, produire un mouvement de déclinaison rapide progressif dans les deux sens.

Dans la 4ème partie, nous allons ajouter un afficheur avec les coordonnées d'ascension et de déclinaison du télescope, ce qui permet, en consultant une table des coordonnées, de pointer n'importe quel objet.

Dans la 5ème partie nous allons essayer de réaliser un vrai "Goto" : en faisant défiler une liste d'objets : Lune, planètes, Messier... le télescope pointe l'objet sélectionné.

Avec notre projet, on peut s'arrêter à n'importe quelle étape : par exemple, se contenter du mouvement de suivi.


1ère partie : mouvement de poursuite pour une monture équatoriale


Nous avons un petit 115 sur une monture équatoriale EQ2 classique.

Nous souhaitons construire un mouvement de poursuite.

Nous proposons ici une réalisation basée sur une carte Arduino Nano (à 4€), un peu d'électronique et un moteur pas à pas pour avoir un mouvement stable et précis.

eq03.jpg

L'inconvénient des moteurs pas à pas, ce sont les secousses et les vibrations.

Ici, nous le pilotons en vrai PWM sinus : plus de secousses, plus de vibrations.

En plus, nous ne modifions pas la monture et la mécanique est très simple (la réalisation mécanique nous a pris 1h30).

Mécanique :

Pour adapter un mouvement de poursuite du commerce, la monture est munie sur sa base d'origine, de deux trous filetés un M6  et un M8.

Il faut dévisser le système de blocage et l'axe et mettre en place une tige filetée M6 L~100 et une tige filetée M8 L~100.

Nous avons fixé un engrenage sur la couronne de suivi standard.

Nous avons récupéré un moteur pas à pas 6 fils (utilisé ici en 4 fils, les deux autres sont non connectés), nous avons agrandi un des trous de fixation du moteur à 6 et meulé la carcasse pour le passage de l'écrou.

La tige M6 reçoit, dans l'ordre : rondelle, écrou, écrou, écrou, rondelle, moteur, rondelle, rondelle à dents, écrou, écrou. Les contre écrous permettent de régler précisément le jeu pour que le moteur pivote sur sa tige sans jeu pour accoupler ou désaccoupler.

On récupère un disque plastique D28 (ici un engrenage, sur lequel on découpe un méplat : en faisant tourner ce disque, on pourra maintenir le pignon du moteur contre l'engrenage (accouplé) ou écarté (désaccouplé).

La tige M8 reçoit : rondelle, écrou, écrou, écrou rondelle, disque plastique à méplat, rondelle, écrou, écrou. Les contre écrous permettent de régler précisément le jeu pour que le disque pivote sur sa tige pour accoupler ou désaccoupler.

Vue de la monture en position désaccouplée : le plat du disque est orienté vers le moteur :

eq01.jpg

Vue de la monture en position accouplée : le plat du disque est orienté à l'opposé du le moteur :

eq02.jpg

Électronique : 

Nous utilisons une carte Arduino Nano. 4 sorties sont utilisées en mode PWM : D3 D5 D6 D9

eq03.jpg

Un programme adéquat "maison" génère : sinus+ sinus- cosinus+ cosinus- sur D3 D5 D6 D9. On fait clignoter la Led de l'Arduino. On utilise les commandes sin(), cos(), analogWrite().

eq05.jpg

Chaque sortie est filtrée (R47k + C470n) et reliée à la carte LM386 via un chimique 100uF - coté amplificateur.

Chaque sortie est amplifiée dans une carte LM386 modifiée (nous avons court-circuité le condensateur chimique de sortie HP) On trouve ces cartes à 2€ pièce.

eq04.jpg

Les LM386 sont alimentés en 5V.

Chaque potentiomètre des cartes LM386 est réglé à la limite de la saturation du sinus.

Les sorties masse de chaque LM386 ne sont pas utilisées.

Les sorties OUT sont reliées : sinus+ et sinus- à une bobine du moteur, cosinus+ et cosinus- à une autre.

Rappelons qu'avec les moteurs 4 fils, il suffit d'inverser une bobine pour inverser le sens de rotation.

Vue de l'électronique dans son boîtier : un SUBD9 d'un côté pour la connection moteur et un cordon mini USB - USB de l'autre.

Un oscilloscope, même très sommaire, est quasiment indispensable pour mettre au point le montage et, en particulier, régler les gains des amplificateurs.

l'USB permet d'alimenter la chose avec à peu près n'importe quoi : PC portable, adaptateur secteur, batterie pack, adaptateur allume-cigare 12V...

eq06.jpg

Ça fonctionne bien : le moteur "chante" faiblement mais pas de vibrations, nous avons ajusté la vitesse de rotation par programme (voir plus loin). Nous ne faisons que du visuel.

L'ensemble est alimenté par des accus Lithium récupérés sur un ancien PC portable et reliés à une carte qui sort du 5V en USB et qui se recharge en micro USB.

Vue de l'ensemble : (habituellement, le boîtier est fixé sous le triangle du trépied), il est provisoirement alimenté par une batterie Lithium 18650 de récupération. Le petit boîtier USB qui affiche la tension et le courant est très pratique...

eq07.jpg

Réglage de nuit : 

- Mettre le télescope en station (nous utilisons un laser fixé sur la monture que l'on règle en faisant tourner la monture d'un demi-tour puis nous pointons le laser sur l'étoile polaire)
- Pointez et centrez, avec un gros grossissement un objet proche de l'écliptique : par exemple Jupiter
- Notez l'heure et attendre que Jupiter soit juste au bord de l'oculaire : par exemple 15 mn
- Refaire la même opération moteur arrêté : par exemple : 30 s
- Notez  la tempo 100us dans le programme : multiplie 100x30/(15x60)=3.333
- Si le moteur est trop rapide, il faut donc remplacer la 1e tempo 100 par 103
- Pour les réglages plus précis (il manque 0.333), multiplier ce qu'il manque par 200 : 0.333x200= 67 : remplacer le 2e tempo 200 par 267

Réglage de jour (si la monture est graduée. Méthode moins précise mais pratique pour dégrossir) :  

- Mettre la monture en ascension sur 0h
- Mettre le moteur en route et noter l'heure
- Attendre suffisamment longtemps selon la précision souhaitée
- Noter l'heure et le temps passé et l'heure de la monture : ex 2h30 passé, 2h35 monture
- Convertir les deux en minutes ou secondes : 150 mn réel, 155 mn monture
- Faire une règle de trois et modifier les délais du programme : sil le délai est de de 100, 100*155/150 = 103.333, régler le délai à 103
- Éventuellement, augmenter le réglage de précision en passant le délai de 200 à 200+(0.3333x200) = 67.

Améliorations possibles : 

- On pourrait rajouter un interrupteur "Lune" pour modifier légèrement la vitesse de rotation.

- On pourrait ajouter 2 touches poussoir pour rotation rapide accélérée dans un sens et dans l'autre (mais il faut rajouter une sortie pour déconnecter les 4 condensateurs C470n des filtres comme dans micropas.) : ce sera l'objet de la 2e partie.

Défauts : 

- Pour accoupler le moteur, si le pignon du moteur ne tombe pas dans l'engrenage, on est obligé d'attendre quelques secondes ou de forcer un peu, mais ce n'est pas un gros problème...

- Les moteurs pas à pas sont stables, précis, indestructibles mais ils consomment : l'ensemble consomme environ 0.4A sous 5V ce qui doit nous faire un peu plus de 5h d'autonomie. Mais selon l'effort fourni, on peut essayer de diminuer le gain de chaque amplificateur pour diminuer la consommation. On peut, par exemple, diminuer le gain juste à la limite de patinage du moteur et multiplier par deux. Sur notre télescope, en diminuant les gains des moteurs (en prenant une bonne marge avant patinage), le moteur est devenu totalement silencieux et l'ensemble consomme 0.18 A sous 5V, ce qui devient raisonnable.

Une astuce bête pour mesurer l'autonomie d'une batterie avec ce système : régler manuellement la position équatoriale de la monture sur 0, brancher et attendre la fin de la batterie et lire l'heure sur la monture.

..

Ça marche...


2ème partie : Ajout de deux boutons poussoirs pour un déplacement rapide et progressif du mouvement d'ascension


En pensant à l'avenir et en étant optimiste, nous avons réalisé un boîtier de commande : une raquette : à partir d'un coffret en plastique noir PVC, nous avons installé 8 boutons poussoirs lumineux : 4 pour les 2 mouvements et 4 autres pour un menu, défilement... Nous avons rajouté un afficheur LDC I2C 2x16 caractères rétro éclairé et une prise femelle DBH15 3 rangées. La raquette est relié au boitier processeur par un câble VGA (avec tous ses fils) : des connecteurs économiques (récup), fiables (dorés) et verrouillables.

La raquette ouverte coté dessous : les alimentations, les Leds, le rétro éclairage et le commun des touches ont été câblés : (la résistance de 2.2k connectée sur le côté de la carte I2C de l'afficheur permet de diminuer l'intensité du rétro éclairage pour qu'il soit compatible "astro" , elle est reliée à un interrupteur pour forcer la luminosité en mode test et réglages (de jour)...

eq08.jpg

La raquette vue de dessus : les 8 boutons poussoirs et l'afficheur sont (faiblement) éclairés, l'interrupteur n'a pas encore été installé :

eq09.jpg

.

La raquette dans la main (pour l'échelle) avec l'interrupteur de réglage de la luminosité du LCD 2x16 normal/astro et avec le cordon VGA :

eq10.jpg

Il reste à rajouter un connecteur DBH15 femelle au boîtier, à le relier à la carte Nano, et à compléter le programme pour un mouvement, si possible accéléré et décéléré pour  l'ascension...

Câblage de la raquette (fil à fil) : 

  1. Masse
  2. +5V
  3. SCL I2C
  4. SDA I2C
  5. Flèche haut
  6. Flèche bas
  7. Flèche droit.
  8. Flèche bas
  9. Touche haut droit
  10. Touche haut gauche
  11. Touche bas droit
  12. Touche bas gauche
  13. NC
  14. NC
  15. NC

3ème partie : motorisation du mouvement de déclinaison


Nous voulons modifier le moins possible la monture et que l'opération soit réversible.

Nous avons conçu et imprimé en 3D une pièce plastique :

eq21.jpg

.

Une couronne dentée non modifiée et la même évidée pour la monter sur la monture, la pièce plastique imprimée en 3D, .

eq21.jpg


La couronne, fixée par 6 vis sur la pièce plastique montée sur la monture :

eq22.jpg

Si, comme pour le mouvement d'ascension, nous ajoutons directement un moteur pas à pas couplé à la couronne, le couple demandé sera trop important.

Nous avons donc acheté (pour 25 €) un moteur pas à pas avec réducteur 1/27 intégré :

https://www.ebay.fr/itm/1-27-Moteur-Pas-a-Pas-Nema-17-Reducteur-Planetaire-Integre-1-8-Degres-3-9V/293622452249?_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20160908105057%26meid%3D7bd99869f5074f3e97f087d4e3da59b8%26pid%3D100675%26rk%3D3%26rkt%3D15%26mehot%3Dnone%26sd%3D164315639045%26itm%3D293622452249%26pmt%3D1%26noa%3D1%26pg%3D2380057&_trksid=p2380057.c100675.m4236&_trkparms=pageci%3A03b2aaf9-fa5b-11ea-86c7-56439af03f6b%7Cparentrq%3Aa5b50c221740ace085d67e28fff97bf0%7Ciid%3A1

eq23.jpg

Ce moteur pas à pas 6 fils (on donc l'utiliser en 4 fils ou en 5 fils, ici: en 4 fils) est bien construit, en métal, avec des roulements à billes et procure un couple important.

Ce moteur sera fixé (pas une tôle) à la monture. Son axe sera muni d'un pignon (avec une pièce d'adaptation), et un système mécanique simple permettra de le désaccoupler.

Nous pensons que le couple et la vitesse maxi conviendront...

Ensuite, l'électronique est modifiée pour y ajouter un connecteur pour le moteur de déclinaison, un connecteur pour les 4 touches de la télécommande, des Mosfets pour piloter le moteur.

Et enfin, on ajoute des lignes au programme pour piloter tout ça (avec un accélération et peut-être une décélération)

La décélération, pour ne pas perdre de pas, n'est indispensable que si l'on affiche les coordonnées et/ou que l'on fait du Goto (étapes supplémentaires).

Le moteur, réducteur, avec son pignon :

Monté sur la monture, et avec le système de désacouplement :

.Pas encore testé
4ème partie : Afficher les coordonnées d'ascension et de déclinaison
à venir.
..
5ème partie : Ajout d'un système "Goto"
à venir. (peut-être)


That's All, folks !

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Commencé le 30/08/2020
A jour le 03/10/2020