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用树莓派打造智能的行星观测器步骤

嵌入式ARM 2020-11-12 17:57 次阅读

最近的日环食吸引了一大波天文爱好者。在我所居住城市的科技中心大楼外就有一台大型的天文望远镜,它可以鸟瞰宇宙中的其他星球。我一直认为那些真实存在、又遥不可及的外太空与微小的我有着某种神秘的联系。

我准备用树莓派和天文望远镜复制一台智能的行星观测器。从NASA获取已知行星的坐标数据,然后这台仪器就可以自动调整角度,聚焦这颗行星,让我可以很方便地观测它们。相信它将很好地带你观看和感受地球之外的外太空世界。

视频演示

材料清单

树莓派3B×1

16×2LCD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

这里将介绍两种定位行星的方法。

1、使用水平坐标系。它可以从北方(方位角)向上方倾斜和从地平线(高度)向上方倾斜,因此是以你的位置而定,所以角度会有所不同。此方法以北方作为参考。

请点击链接查看:

https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal_coordinate_system

2、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,用于查询行星网络表单和数据库的工具。

请点击下载安装:

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

请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:

sudoaptinstallpython3-pip

然后使用pip安装astroquery的升级版本。

pip3install--pre--upgradeastroquery

在继续完成项目前,请使用简单的Python脚本访问该数据,确保正确安装了所有的依赖项。

fromastroquery.jplhorizonsimportHorizonsmars=Horizons(id=499,location='000',epochs=None,id_type='majorbody')eph=mars.ephemerides()print(eph)

接下来会显示火星的详细位置。

请点击该链接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:Nomodulenamed‘keyring.util.escape’

可以在终端中输入以下命令:

pip3install--upgradekeyrings.alt

编程

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

defgetPlanetInfo(planet):obj=Horizons(id=planet,location='000',epochs=None,id_type='majorbody')eph=obj.ephemerides()returneph

完整的python脚本,请在项目文件库中下载:

https://make.quwj.com/project/240

连接硬件

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

它会可以显示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

全部连接后,运行python脚本

python3planetFinder.py

在屏幕上会显示设置文本,并且按钮可以启动步进电机。

3D打印外壳

1、3D打印外壳。

所有打印STL文件,请在项目文件库下载:

https://make.quwj.com/project/240

2、测试外壳

外壳组装到位后,进行其他组件的安装。将按钮安装到位,固定显示幕和步进电机,打磨外壳,确保所有组件都能正常使用。

安装电子组件

1、安装步进电机

步进电机将控制位于外壳上方的望远镜的仰角,因此需要延长电线以便旋转。请如图进行安装。

接线完成后,运行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,然后将外壳粘合。

2、安装按钮和LCD屏幕

如图所示安装按钮,在焊接前使用螺母使其固定到位。

再使用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。

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。

3、添加法兰联轴器

将3D打印的底座连接到步进电机。

将法兰联轴器安装在步进电机的顶部,并用螺钉固定到位。

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。

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,如果有问题,马上修复并确保所有连线正确。

启动

因为想把它独立运行,而不是每次手动代码寻找行星,因此将其设置为在树莓派开启时运行代码。

在终端中输入。

1crontab-e

在打开的文件中,在文件末尾,另起一行输入。

1@rebootpython3/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:它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

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

1、当望远镜开始启动时,调整垂直轴。按下向上和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,然后按下OK按钮即可。

现在,你可以使用向上、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。

目前为止,项目就完成了。你会去寻找哪一颗行星呢?!

责任编辑:xj

原文标题:太强了!树莓派打造智能的行星观测器

文章出处:【微信公众号:嵌入式ARM】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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