VGuider 
"Stand Alone Videoguider"
   

Autoguider mit Videoeingang zum selber bauen!

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Beschreibung

Allgemeines

Der VGuider ermöglich die Nutzung von hochempfindlichen Videokameras, wie z.B. der Mintron oder Watec als Guidingkamera, ohne einen PC oder einen Framgrabber zu benötigen. Auch das sehr empfindliche und vor allem günstige Videomodul von Lechner-cctv (SK-1004X) ist als Guding Kamera gut geeignet. Weitere Quelle für die Kamera siehe hier. hüpf
Der VGuider wertet das von den Kameras bereitgestellte Videobild aus. Zur Interaktion mit dem Benutzer wird dem Videobild eine Anzeige überlagert, welche den aktuelle Status des Autoguiders enthält. Das Videobild kann dann über jeden handelsüblichen LCD Videomonitor oder Taschenfernseher mit Videoeingang dargestellt werden. In dem vom mir gebauten Gerät wurde ein alter LCD Taschenfernseher zerlegt und in das Gehäuse gemeinsam mit der Elektronik des Autoguiders eingebaut. Es ist hier aber auch denkbar den LCD Monitor separat zu betreiben.
Der Autoguider kann LX200 kompatible Steuerbefehle über die serielle Schnittstelle an die Montierung senden. Der VGuider kann nach einer Erweiterung die Teleskopsteuerung auch über die ST4 Standardschnittstelle ansprechen.  

Features im Überblick:

- unabhängiger Autoguider mit Video Eingang (BAS, F-BAS)
- dem Video überlagerte Statusinformationen
- Ausgabe Video + Statusinfos über Videoausgang auf einen LCD Fernseher z.B. 
- Menugesteuert
- Subpixelguiding mit einstellbarer Empfindlichkeit
- LX200 kompatibel 
- serieller Port zur Teleskopsteuerung
- ST4-Port vorbereitet


Bild1: der VGuider von aussen


Bild2: VGuider von innen


Bild3: ...bei der Arbeit

 Bedienung:

1. Vorbereitungen
Nach dem Einschalten wartet das Gerät auf ein gültiges Videosignal. Wenn keine Videoquelle vorhanden ist, passiert auch am VGuider erst mal nichts. Die Status LED bleibt dunkel. Das Gerät benötigt für seine Funktion also dringend eine Videoquelle, ohne würde der Guider ja auch keinen Sinn machen ;-) 
Ist ein Videoquelle angeschlossen, wird dies durch die Status LED signalisiert. Auf dem Bildschirm erschein das Kamerabild und diesem Überlagert die Meldungen des VGuiders.


Bild 4: Startmeldung des Vguiders

Nach der Initialisierung erscheint das Auswahlrechteck, mit welchen wir nun den Stern auswählen. Das Rechteck kann über die Tasten bewegt werden. Die Auswahl wird dann durch die Set Taste bestätigt. Der Stern sollte möglichst zentral im Rechteck stehen, vorhandene Hotpixel sollten außerhalb des Rechtecks bleiben.
Nach dem betätigen der Set-Taste gelangt man ins Hauptmenu. Durch betätigen der Auswahltasten nach links bzw. rechts kann an Menupunkt ausgewählt und mit der Set-Taste bestätigt werden. Wenn der Guider das erste mal zum Einsatz kommt, muss zum sicheren Erkennen des Sterns der Hintergrundstrom ermittelt werden. Dazu muss das Leitrohr abgedeckt werden. Dann den Menupunkt "DUNKELSTROM ERM." auswählen und warten bis der Guider fertig ist:

Der Wert T zeigt an, wie viele Bilder bereits gemittelt wurden, der Wert D zeigt den durchschnittlichen Wert des Dunkelstroms an:



Bild5: Dunkelstromermittlung

Nun kann der Autoguider kalibriert werden. Hierfür muss die Kamera so im Okularauszug so gedreht werden das das die RA Achse, also die OST-WEST Achse, waagerecht auf dem Bildschirm liegt. Nun können wir den Menupunkt "KALIBRIERUNG" auswählen. Der Autoguider beginnt nun zuerst die RA-Achse zu steuern. Wenn er erkennt in welche Richtung der Stern wegläuft, stoppt er die Bewegung. Nun wir die DEK-Achse gesteuert, bis auch hier die Bewegungsrichtung des Sterns klar ist. 

2.Guiding

Sind alle Vorbereitungen abgeschlossen und befindet sich ein Stern im Auswahlrechteck, können wir im Menu den Punkt "STARTE GUIDING" auswählen.

 
Bild5: das Guiding ist aktiv

Die ersten beiden Werte hier 01-00 bedeuten, dass sich der Stern um eine Einheit verschoben hat. Der Wert 148 gibt die Helligkeit des Sterns an. Die beiden Werte die nach der Helligkeit folgen, also "O-", zeigen die Korrekturrichtungen an, O für Ost, W für West, N für Nord und S für Süd. Das Zeichen * bedeutet, dass ein Stern erkannt wurde. Der letzte Wert ist die maximal aufgetretene Abweichung des Sterns von seiner Ausgangsposition. Hier kann man, auch wenn man mal eingenickt sein sollte,  sofort erkennen, ob es bei der Nachführung Probleme gab. 
Um die Sensibilität der Korrekturen der Montierungen justierbar zu machen, habe ich die Befehlslängen für LX200 bzw. die Pulslängen für den ST4-Port justierbar gemacht. Eine Betätigung der Tasten nach Links bzw. Rechts  verändern das Tastverhältnis bzw. die LX200 Befehlslänge. 
Wer meinen LX200 Switch einsetzt, kann mit den Tasten nach Oben bzw. Unten zusätzlich die Pulslängen direkt im Switch einstellen. (hier werden die zweckentfremdeten Fokusbefehle gesendet)
Möchte man des Guiding beenden, so muss die Set Taste gedrückt werden. Man gelangt dann wieder ins Hauptmenu.

3. Weitere Funktionen

Werte sichern
Unter dem Menupunkt "WERTE SICHERN" werden alle wichtigen Daten im EEprom des Controllers abgelegt. Bei einem Neustart werden dann die gespeicherten Daten geladen. Nicht gespeichert werden die Daten für die Achsenkalibrierung, diese muss bei einem Neustart immer wiederholt werden!

Testen
Unter dem Menupunkt "TESTEN" werden die X und Y Koordinaten des Sterns im Auswahlrechteck angezeigt. Der * zeigt wieder an, dass ein Stern erkannt wurde. Danach folgt die Helligkeit des Sterns.


Bild6: Menupunkt TESTEN

Durch die Betätigung der Richtungstasten können die Achsen des Teleskops direkt manuell gesteuert werden. Verlassen kann man diesen Menupunkt wieder mit der Set Taste. 

Stern selektieren
dieser Menupunkt entspricht dem Programmteil nach der Initialisierung beim Systemstart. Hier kann wieder das Rechteck im Bildschirmbereich verschoben werden und ein Stern selektiert werden. Die Werte X und Y entsprechen den absoluten Bildschirmkoordinaten des Rechteckes. Die Set Taste wählt hier wieder den Bildschirmbereich aus und man gelangt zurück ins Hauptmenu.

Subpixeltoleranz
Hier kann die Empfindlichkeit des Subpixelguidings eingestellt werden. Über die Tasten Links bzw Rechts kann der Wert verändert werden, je höher der Wert umso unempfindlicher ist das Subpixelguiding.

 

Nachbau:

Platine

Ich habe , trotz der doch etwas umfangreicheren Schaltung, das Platinenlayout einseitig gehalten. Damit ist die Herstellung der Platine relativ unkompliziert. Für die Herstellung der Platine bietet sich daher auch die Tonertransfer-Methode an. Eine genaue Beschreibung findet ihr hier: hüpf 
Leider konnte ich nicht gänzlich auf Drahtbrücken verzichten, 4 Stück müsstet ihr dann unten auf die Platine löten. Die zu verbindenden Lötpunkte sind mit 1 bis 4 gekennzeichnet.

Hier also das Layout mit der Bestückung:


Bild8: Bestückung von oben

 


Bild9: Layout von oben


Bild10: Drahtbrücken

Und hier zur Komplettierung der Schaltplan des Autoguiders:


Bild11: Schaltplan

Beschreibung der Schaltung
Die mit ICSP bezeichnete Kontaktleiste ist der Port für die Programmierung des Mikrocontrollers. Da ihr aber einen fertig programmierten Chip von mir erhaltet ist diese Kontaktleite nicht unbedingt notwendig und muss nicht bestückt werden. Die Stromversorgung kommt an die mit 12V bezeichneten Kontakte. Wenn ihr die Kamera mit 12V speisen wollt oder aber eine extra Stromversorgung nutzen wollt,  könnt ihr auch die Spannungsreger für 9V (7809) und den Kondensator C13 unbestückt lassen. Ansonsten müsst ihr dann an den Kontakten "Kamera Modul" die 9V Spannungsversorgung der Guidingkamera abgreifen. 
Die beiden  mit J8 bezeichnete Kontakte sind zum Anschluss des Piezo Tongebers gedacht. Achtung der Piezo ist ein gepoltes Bauteil, also auf + und - achten!
Der Video-Ein bzw. -Ausgang ist dann an J9 zu finden. Der Ein- und Ausgang ist parallel geschaltet, es ist also egal wo hier was angeschlossen wird.
Die J6 Kontakte sind für die Tasten. Die Tasten schalten gegen +5V. Hier sind als Tasten Schließer einzusetzen, also Tasten, die im Ruhezustand offen sind.

Beschaltung Kontakt J6:

von oben nach unten: SET; HOCH, RUNTER, LINKS, RECHTS, +5V

Die J7 Kontakte verbinden die Leuchtdioden für die einzelnen Richtungen.

Beschaltung Kontakt J7:

von oben nach unten: +5V, NORD, SÜD, OST, WEST, BETRIEB

Die Richtungs-LEDs müssen mit der Kathode (-) an Masse geschaltet werden, die Annode wird dann mit dem entsprechenden Kontakt von J7 verbunden. Leider hat J7 keinen Masseanschluss, so dass ihr euch Masse von J2 (serieller Port) holen müsst. Die LED "Betrieb kommt mit der Kathode (-) an den Kontakt 1 von J7 und mit der Annode an Kontakt 6 (+5V)  von J7.

Die Kathode erkennt man an dem größeren Anschluss im Inneren der Diode außerdem hat die Kathode meist ein kürzeres Anschlussbeinchen.

Bleibt dann noch J2:

von Links nach rechts: TX (Senden), RX (Empfangen), Masse
Der Serielle Anschluss (Buchse) wird dann so beschaltet:

PIN3-TX, PIN2-RX, PIN5 Masse

ST4 Erweiterung

Die mit ST4 gekennzeichnete Steckerleiste kann durch folgende Schaltung ergänzt werden:

Stückliste alternativer ST4 Porterweiterung:

Teile für optionale Relaiserweiterung        
R3,R4,R5,R6 2,7k Widerstand 1/4W 2,7K  
D1,D2,D3,D4 1N4148 Diode 1N 4148  
T1,T2,T3,T4 BC337 Transistor BC 337-16
 
G2RA1,2,3,4 Relais mit 1xWechsler Relais DIP 9051-L 5V
 
 

Hier die Pin-Belegung des Relais:

 

Die Schalter der Relais müssen dann mit den jeweiligen Kontakten des ST4 Ports der Montierung verbunden werden. Die Pinbelegung des ST4 Ports sind hier ersichtlich:

Bitte einen Elko mit 1uf / 16V an der ST4 Erweiterung zwischen der Basis und Masse des Transistors für die West Richtung ergänzen, wenn es zu Problemen mit dem flattern des Relais kommen sollte:

Stückliste VGuider

Part Value Device Bestellnummer
Reichelt
       
C1 22pf C2.5/2 KERKO 22P
C2 22pf C2.5/2 KERKO 22P
C3 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
C4 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
C5 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
C6 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
C7 10uf CPOL-EUE2,5-6E RAD10/35
C8 10uf CPOL-EUE2.5-6 RAD10/35
C9 10uf CPOL-EUE2.5-6 RAD10/35
C10 10uf CPOL-EUE2.5-6 RAD10/35
C11 10uf CPOL-EUE2.5-6 RAD10/35
C12 100uf CPOL-EUE2.5-7 RAD100/16
C13 100uf CPOL-EUE2.5-7 RAD100/16
C14 560pf C5/2.5 KERKO 560P
C15 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
C16 220uf CPOL-EUE2.5-7 RAD 220/16
C17 100nf C5/2.5 MKS-2-5 100N
D1 1N4148 1N4004 1N 4148
D2 1N4148 1N4004 1N 4148
D3 1N4148 1N4148 1N 4148
IC1 LM1881 LM1881 LM 1881 DIP
IC2 MAX232 MAX232 MAX 232 CPE
IC3 7805 78XXL µA 7805
IC5 7809 78XXL µA 7809
J1 ICSP MTA05-100 aus 36.Pol .Stiftleiste 
J2 Serial MTA03-100 aus 36.Pol .Stiftleiste 
J3 ST4_Con MTA05-100 aus 36.Pol .Stiftleiste 
J4 MTA02-156 1X2MTA Lötösen 
J5 MTA02-156 1X2MTA Lötösen 
J6 MTA06-100 10X06MTA aus 36.Pol .Stiftleiste 
J7 MTA06-100 10X06MTA aus 36.Pol .Stiftleiste 
J8 MTA02-100 10X02MTA SL 1X36G 2,54
J9 Video In/Out Lötösen
Q1 4Mhz XTAL 4,0000-HC18
Q3 BC557 BC557 BC 557B
R1 20k R-EU_0207/10 1/4W 20K
R2 680k R-EU_0207/10 1/4W 680K
R3

330

R-EU_0207/10 1/4W 330
R4

75

R-EU_0207/12 1/4W 75
R5 3,6k R-EU_0207/10 1/4W 3,6K
R6 8,2k R-EU_0207/10 1/4W 8,2K
R7 220 R-EU_0207/10 1/4W 220
R8 100 R-EU_0207/10 1/4W 100
R9 100 R-EU_0207/10 1/4W 100
R10 120 R-EU_0207/10 1/4W 120
R11 150 R-EU_0207/10 1/4W 150
RN1 4k SIL E5R SIL 10-5 3,9K
RN2 1k SIL E5R SIL 10-5 1,0K
STATUS_LED LED5MM LED5MM LED 3MM 5V RT
T2 BC547 BC547 BC 547B
Stecker für Stiftleisten     BL 1X20G 2,54
Piezo Tongeber     SUMMER BS 21B
4x Folientaster rot  Vorschlag! 4 Stück TASTER 1100 RT
1x Folientaster grün Vorschlag! 1 Stück TASTER 1100 GN
5x LED rot  Vorschlag! 5 Stück LED 3MM 2MA RT
U$1 PIC18F2550-mit VGuider Software PIC18F2550-I/SP  

Bezugsquellen für die Bauteile:
Reichelt Elektronik, Conrad Elektronic, Segor

Für ganz Faule:
bei Reichelt Elektronik habe ich einen öffentlichen Warenkorb angelegt, damit müsst ihr nicht alle Bauteile einzeln auswählen: Reichelt Warenkorb

Was wird sonst noch benötigt?

- die Video Kamera. Als Videokamera ist wie weiter oben beschrieben besonders das Videomodul SK-1004X mit den SonyEx View Chip brauchbar. Bezuugsquellen sind:
Lechner-cctv
  mh-ueberwachungstechnik  topsicherheit.de  rfconcept (UK)

- Ein  Monitor zur Anzeige des Videobildes. Hier sind mehrer Möglichkeiten denkbar. Am geeignetsten sind Auto Video Monitore wie z.B der hier:

Sehr günstig zu habe sind kleine Taschenfernseher für analogen Fernsehempfang (Pocket TV). Da es kaum noch analogen Fernsehempfang gibt, kann man sicher ein Schnäppchen machen.   Hier muss aber eine Videoeingang vorhanden sein. Nicht alle Fernseher haben einen. Meist kann man aber Fernseher ohne Videoeingang nachrüsten, denn intern arbeiten die auch mit dem BAS, also Videosignal. Man muss dann nur den richtigen Punkt finden um das eigene Signal einzuschleifen.
Besser und vor allem vielseitiger verwendbar ist ein Mini DVB-T Empfänger, viele haben einen Videoeingang und können dann auch noch als "normaler" Fernseher für DVBT Empfang verwendet werden. 

- Das Gehäuse hängt sehr stark vom verwendeten Monitor ab und ob man ihn  in das Gehäuse mit einbauen möchte oder ihn extern betreibt. Ich habe ein Gehäuse mit den Massen 120x182x40 verwendet und den Monitor mit eingebaut. 

Fertig aufgebaut sieht die Schaltung dann so aus:


Bild 16: Platine von oben


Bild 17: Platine von unten

 

Inbetriebnahme

So sollte der Testaufbau bei der ersten Inbetriebnahme in etwa aussehen:


Bild18: Aubau Inbetriebnahme

Bei der ersten Inbetriebnahme sollte die Platine über ein Stromessgerät in Reihe mit der 12V Stromversorgung angeschlossen werden. Beim einschalten sollten nicht mehr wie 100mA (ohne Kamera und Monitor!) fließen. Fließt hier mehr Strom sofort die Spannungsversorgung trennen und nach dem Fehler suchen. Auch ein wesentlich geringerer Strom deutet auf einen Fehler hin. 
Ohne Video Display und Kamera könnt ihr die Funktion der Schaltung über die serielle Schnittstelle prüfen. Schließt den VGuider dazu über ein Null Modem Kabel an den Computer an und startet dort ein Terminal-Programm. (Einstellung COM Port: 9600Baud, 8 Bit, keine Parität, 1 Stopbit)  Nach dem einschalten des V-Guiders sollte sich hier das Gerät mit einer Eingabeaufforderung melden.
Der VGuider arbeitet bis auf die Ausgaben über den seriellen Port ohne Videoquelle (Kamera) nicht. Weitere Tests können also nur komplett mit Videokamera und einen Videomonitor stattfinden! Nach Anschluss einer Videoquelle sollte sich, nach der Initialisierung, dieses Bild zeigen:


Bild19: Testbild auf Fernseher

Um zu testen ob der Videoverstärker und der A/D Wandler des VGuiders ordnungsgemäß arbeiten, habe ich ein kleines Windows Testprogramm geschrieben ,welches die gesampelten Bilder des VGuiders und einige Daten anzeigen kann. Das Programm arbeitet mit dem VGuider nur zusammen, wenn man sich im Unterpunkt "selektiere Stern" befindet. Wenn der durch das Auswahlrechteck  markierte Bereich des Bildes einer angeschlossenen Videoquelle (z.B SAT-Reciver) im Programm angezeigt wird, ist alles ok und der VGuider ist einsatzbereit. Der Bildbereich sollte sich während der Samplezeit möglichst nicht bewegen,  da es sonst verwischt! 
Bitte im Testprogramm die max. mögliche serielle Portgeschwindigkeit (460800 Baud) wählen.

Hier das Testprogramm für Windows:
Vguider_test.zip

Anregungen zum Nachbau

Sternfreund Peter Porstmann hat diese, wie ich finde, sehr professionlellen Nachbau des VGuiders gebaut:

Support:

Für Fragen, Anregungen, Vorstellung der eigenen Lösung habe ich ein Support Forum eingerichtet: Support-Forum
Ich würde mich über eine rege Beteiligung freuen!

Kauf:

Programmierte PIC18f2550 Mikrokontroller und Platinen können hier bestellt werden:  

 Downloads                            

Platienlayout und Schaltplan
Vguider_test.zip

Technische Daten:

Stromversorgung:12V
Stromaufnahme:  70 mA (ohne Display) Display etwa 250mA, Kamera
SK-1004X 100mA an 9V
Betriebstemperaturbereich: -20...+70 Grad Celsius
Taktfrequenz: 48Mhz
Mikrocontroller: PIC18F2550
Serieller Port: 9600Baud, 8 Bit, keine Parität, 1 Stopbit (Autoguiding), 
Software: programmiert in C mit embedded PIC-Assembler, letzter Versionsstand V1.7 (05.2009)

 

Rechtliches

Der Autor dieses Artikels haftet nicht für Schäden, die durch den Aufbau, oder den Betrieb, des oben beschriebenen Gerätes entstehen! Der Nachbau geschieht auf eigene Gefahr.



  

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