Categorie: WLS

Afstand bediende focus voor de Astrograaf

De Astrograaf op de Oude Sterrewacht in Leiden is een lenzenkijker met een opening van 340 mm uit 1898. Hij is maakte foto’s van de sterrenhemel op 150×150 mm glazen negatieven. De Astrograaf is in 2013 voorzien van de zogeheten corrector, een speciaal ontwikkelde module die het mogelijk maakt deze van oorspong enkel fotografische kijker te gebruiken als een gewone telescoop, dat wil zeggen met een oculair of met moderne camera’s.

Astrograaf Oude Leidse Sterrewacht, met de ingebouwde corrector.

De corrector is door zijn maker voorzien van een gemotoriseerde focus. Dit is praktisch als een moderne camera toegepast wordt en het oculair van de ruim vijf meter lange kijker buiten handbereik is. Men kan dan comfortabel scherpstellen in de buurt van de computer, of dit zelfs automatiseren. Dit systeem is indertijd echter niet afgemaakt. Het was hoog tijd om de draad op te pakken. De wens was nu een bedrade afstandbediening te realiseren.

Voor de gemotoriseerde focus zijn in de corrector een stappenmotor en een Trinamic StepRocker TMCM 1110 controller ingebouwd. Deze controller kan geprogrammeerd worden in de Trinamic Motion Control Language oftewel TMCL. Het is als technicus een leuke uitdaging iets te schrijven in een programmeertaal die men nog niet kent.

De hardware bestaat uit een knoppenkastje dat met een lange kabel aangesloten wordt op de corrector. Ook de voeding uit een 12V netadapter loopt via deze kabel. Omdat de i/o pinnen van het StepRocker board zonder filtering met de microcontroller verbonden zijn is gekozen voor een robuuste, optisch gescheiden interface.

Isolated L/R interface for a Trinamic StepRocker TMCM 1110 controller

Het StepRocker board heeft geen aansluiting voor de referentiespanning van het i/o. Daarom zijn hiervoor output pinnen gebruikt die in de firmware permanent hoog gemaakt worden. De serieweerstanden zijn opgedeeld met de bedoeling extra common-mode demping te realiseren, vooral tegen het uitstralen van HF van de controller.

Voor het ontwikkelen van de firmware werd een testopstelling in het lab gebruikt, met een ander motortje en drukknoppen in plaats van de eindschakelaars.

Test setup for a Trinamic StepRocker TMCM 1110 controller.

TMCL programma

Een wens was dat de focus altijd met de hand versteld kan worden als er niet op een knop gedrukt wordt. Dit is bereikt door met de regel: “SAP 167, 0, 0” de schakelende eindtrap die de wikkelingen stuurt helemaal uit te schakelen. De motorstroom op “0” zetten werkt niet, er blijft dan een kleine stroom lopen die handbediening tegenwerkt en waardoor de motor kan gaan trillen.

Deze werking heeft tot gevolg dat dat microstap-positie van de motor tussen bewegingen verloren raakt. Dit is voor de toepassing acceptabel, het focus mechanisme heeft een grote mechanische overbrenging in de vorm van een spindel.

Zoals aan de code te zien is lijkt TMCL wat op een assembly taal. Het is een compleet uitgeruste programmeertaal, met voorwaardelijke sprongen, i/o, timers etc.

Het is vanuit de bijbehorende IDE zowel mogelijk in “direct mode” onmiddellijke TMCL opdrachten te geven aan de controller via USB, als een compleet programma te schijven en uploaden. Door het (eenmalig) instellen van “SGP 77” start het geladen programma automatisch op zodat de controller verder stand-alone kan werken. Deze mogelijkheid is hier gebruikt.

corrector van de Astrograaf, Oude Sterrewacht Leiden

De corrector bij de laatste test voor het weer inbouwen.

Wat corrigeert de corrector?

Kort door de bocht corrigeert de corrector de kleurcorrectie van de Astrograaf. Zijn objectief is aangepast aan het gebruik van fotografische platen, die gevoelig zijn voor het blauwe deel van het spectrum. Deze eigenschap geeft een grote kleurfout, “blauwe ringen” om sterren, als met een oculair of moderne camera wordt waargenomen. De voor de Astrograaf op maat gemaakte corrector compenseert deze kleurfout.

Voor een uitgebreide geschiedenis en uitleg verwijs ik u naar dit artikel bij de Werkgroep Leidse Sterrewacht, waar ik deel van uit maak.

Astrograaf Oude Sterrewacht Leiden, corrector.

Kunstster

Enige tijd geleden kreeg ik de vraag om een lichtdimmer te maken die vanaf helemaal “uit” of 0 kan regelen. Deze zal ingezet worden bij een demonstratieproef over sterrenkunde, waarbij men zelf kan ervaren dat witte sterren heter zijn dan rode.

Eenvoudige dimmer-schakelingen regelen niet vanaf nul, er is een kleine sprong omdat de gewoonlijk voor het triggeren toegepaste diac 30 V nodig heeft voor hij in geleiding gaat. Deze sprong is voor deze proef ongewenst.

Een technisch juiste oplossing hiervoor, die ik zelf ook gebruik voor de kerstboom-gloeilampjes, is een variac of regeltrafo. Deze regelt prachtig vanaf helemaal donker. Ook een kleine 1A variac bleek in dit geval echter te onhandig en zwaar omdat de proef samen met andere proefjes per rugzak en trein vervoerd moet worden.

Nu is een betere fase-aansnijding een huis-tuin en keuken timing-trucje waar een 555 geknipt voor zou zijn. Zelf een nieuwe schakeling ontwikkelen bleek echter niet nodig: Zoeken op “555 triac dimmer” leidde naar een ontwerp bedoeld voor het dimmen van led lampen op de mij verder onbekende website ElecCircuit.

Het is een wat wonderlijke site en een schema vol blije kleurtjes, maar de schakeling met enkel standaard componenten die ik in huis had sprak mij direct aan. Precies wat nodig is en verder niets. Voor een schema in de volle resolutie en een uitleg zie op die site. Met de instelpotmeter van 500 kΩ kan het nulpunt van de regelpotmeter precies voor het begin van de volgende periode van de netspanning ingesteld worden.

Ik bouwde de schakeling op een stukje gaatjesprint zonder eilanden. Alles is direct verbonden met het net, er is niets aanraak-veilig. Vandaar ook de keuze voor een potmeter met een kunststof as.

555 dimmer opgebouwd op gaatjesprint.

De schakeling werkte direct. Enkel timing condensator C3 van 10 nF moest voor een goed regelbereik verkleind worden tot 6,8 nF. Waarom dit zo was is niet verder onderzocht.

555 dimmer op gaatjesprint, onderkant.

Onderkant van het printje.

150W lamp op dimmer

De dimmer als dubbel geïsoleerd apparaat met een fitting ingebouwd in een kastje. Er wordt getest met een energiemeter. Op de foto neemt een standaard 150 W gloeilamp 9 W op, dan begint hij juist zichtbaar te gloeien. De schakeling regelt overigens niet helemaal vanaf “0,0”, omdat de instelling van het nulpunt dan te kritisch wordt. Dat is echter ook niet nodig, het werkt goed genoeg. De proef wordt uitgevoerd met een speciale, grote gloei lamp en in het donker.

Al met al een prettig dagje knutselen voor het goede doel.

Klok pulsgever

Het doel was een aantal dochter- of nevenuurwerken op de Oude Leidse Sterrewacht weer op tijd te laten lopen. Het klokkennet op de Sterrewacht is helaas verdwenen bij het opknappen van het gebouw, en de modernere pulsgever waar de buitenklok van Faverger boven de voordeur op liep was al enige jaren defect.

Voor hun behoud is het belangrijk dat klokken zo veel mogelijk lopen. Niet iedereen ziet de waarde van een rare oude klok die het niet doet.

Moser Swiss made 24h siderial slave clock with illumination.

Op de foto een van de Moser-Baer uurwerken met verlichting uit 1962. Deze hangt op de noordzuil van de Fotograaf en geeft sterrentijd aan. De sticker is om de wijzerplaat niet te beschadigen geplakt op Scotch Removable tape.

Uitdagingen in dit project zijn dat het gaat om uurwerken die werken op een seconde impuls, en die geen voorzieningen hebben om ze gelijk te zetten. Gelijkzetten kan dan enkel door (iets) sneller te lopen of door stilstaan en wachten. Het is ongewenst en bij de klok boven de voordeur praktisch ondoenlijk om de wijzers met de hand bij te stellen. Een extra uitdaging is dat bij een deel van de telescopen de lokale sterrentijd of siderische tijd noodzakelijk is. Anderen klokken op de Sterrewacht geven UTC aan. De klok boven de voordeur loopt om historische redenen op de lokale zomertijd, dat is UTC + 2 uur. Tot slot zijn de klokken in de donkere koepels voorzien van gloeilampjes in de rand, die natuurlijk ook moeten werken.

Slave clock impuls electronics.

De 3.0 elektronica van de pulsgever. De IC’s zijn een Atmega 328 en een LM358.

Deze pulsgever voorziet in alle genoemde punten. Hij houdt bij waar de wijzers van het uurwerk zijn, slaat de positie op als de netspanning wegvalt, en zorgt dat de klok bij terugkeer van de spanning vanzelf weer gelijk gaat lopen. Op de kast van de klok is een enkele drukknop om de lampjes te schakelen en het uurwerk een klein stukje bij te stellen. Uitlezen van de status en instellen van de wijzer-positie kan via een terminal, maar het laatste kan ook met de drukknop. Een indicatie-led toont de data en status van de DCF. Het geheel is compact en wordt op de DCF ontvanger en een ingekochte 24V netadapter na ingebouwd in of vlakbij de uurwerken.

Één van de 24-uur uurwerken van W. Moser-Baer bij het schoonmaken. De door ons gebruikte olie is Dr. Tillwich Clock 859. Omdat deze uurwerken met secondewijzer 60x zo hard draaien als die op een minuten-impuls is enig onderhoud noodzakelijk. De schakelaar pulst 1x per minuut en gebruiken wij niet. Dit zal een terugkoppeling naar de klokkencentrale geweest zijn.

Dit project is geen moederklok omdat het voor de juiste tijd geheel afhankelijk is van het DCF77 tijdsignaal. Er is geen andere mogelijkheid de interne klok gelijk te zetten, DCF77 is de feitelijke moederklok.

De hardware is gebaseerd op de Arduino Uno, maar dan met een 16 MHz kristal in plaats van de gebruikelijke resonator, en de voortreffelijke DCF77 bibliotheek van Blinkenlight. De laatste implementeert een filter, wat de ontvangst van DCF sterk verbetert als er flinke interferentie is. De H-brug voor het bipolair met 24V sturen van het uurwerk is opgebouwd rond een eenvoudige LM358 opamp. Voordeel van deze oplossing boven andere mogelijkheden is dat hij compact en kortsluitvast is. Er werd gekozen voor draadcomponenten omdat daar nog veel van in huis was. Met het oog op de betrouwbaarheid onder de “buiten” omstandigheden in de koepels is gekozen in de elektronica, buiten de netadapter, geen elco’s toe te passen.

Van dit project zijn de volgende bestanden beschikbaar:

Hoewel ik dit project in 2018 begonnen ben werken wij er inmiddels met meerdere WLS vrijwilligers aan. Het zal mogelijk nooit helemaal “af” zijn, maar de eerste klokken lopen naar tevredenheid.

In een terzijde verkoopt Het Uur complete pulsgevers voor nevenuurwerken. Die werken enkel op gewone tijd, kennen geen gelijk-zet functie en waren daarom niet bruikbaar voor onze toepassing. Hoewel ik er geen ervaring mee heb wil ik ze hier toch graag promoten omdat goed verkrijgbare pulsgevers kunnen voorkomen dat nevenuurwerken gesloopt worden om ze te voorzien van een goedkoop kwartsuurwerk. Dat soort barbaarse praktijken zijn verdrietig voor liefhebbers van deze interessante oude uurwerken. Hoe een klok loopt is onderdeel van zijn identiteit.

Teleurstellende USB over UTP adapter

Om een astronomische camera op een grote telescoop te verbinden met de bijbehorende PC is een USB kabel van 15 meter nodig. Dat is te lang voor een gewone kabel, en tevens moet deze door buizen door de vloer getrokken worden. Daarom willen we converters gebruiken waarmee de USB verbinding over een lange netwerkkabel kan werken.

Hiertoe schafte ik een set verloopkastjes aan van Nedis, te koop onder de naam “USB extension Cable”, type CCBW60EXTBK500. De omschrijving van de leverancier suggereerde de gewenste USB2.0 verbinding met een datasnelheid tot 480 Mbit/s. Ook de verpakking vermeld, in een opvallend oranje rondje en met een groter lettertype, trots USB 2.0.

Voordat ik in de koepel aan de slag ging testte ik dit product op mijn bureau, met een korte netwerkkabel en een snelle USB drive.

Bij een eenvoudige vergelijkende test vielen de kastjes direct door de mand. De test was het lezen van hetzelfde grote bestand met- en zonder de extender in de verbinding. De snelheid was met de extender niet hoger als ongeveer 1,1 MB/s, tegen ruim 50 MB/s bij een directe verbinding. Een trage verbinding is niet gewenst omdat we voortdurend camerabeelden met een hoge resolutie over willen gaan sturen.

De leverancier pruttelde op mijn vragen wat over de koperdoorsnede van de netwerkkabel, maar deed verder niet moeilijk: Het product kon retour.

Bij het inpakken viel mij echter op dat de kastjes dicht zitten met kleine schroefjes. Nieuwsgierig geworden nam ik een kijkje in het inwendige van het zender kastje.

Het voornaamste IC is een UIC4102CP. Datasheet. Uit de titel blijkt dat dit een “USB 1.1 Active Extension Cable” is. Men noemt de gebruikelijke maximale snelheid van USB1.1 van 12 Mb/s, ongeveer overeenkomstig de gemeten 1,1 MB/s. Dit kastje zal dus nooit USB 2.0 snelheden halen. Kastje dicht, een laatste test en op naar het lokale postagentschap.

Nu is USB2.0 backwards compatibel met USB1.1, dus is het andersom niet onwaar dat de kastjes in een USB2.0 verbinding ingezet kunnen worden. Net zoals een datasnelheid tot 480 Mb/s heus wel gehaald wordt.. Nedis zelf is er ook wat over in verwarring.

Ik doe weinig met dit soort consumentenrommel spul, de iMac waarop ik dit schrijf loopt al weer tegen de tien jaar, en weet daarom niet hoe scherp men vandaag de dag moet zijn bij het aankopen van een eenvoudig product zoals dit.

Deze ervaring is echter teleurstellend, het is matig interessant en zonde van de tijd.

Uurwerken op de Sterrewacht

Op de Sterrewacht zijn drie publieke nevenuurwerken aanwezig welke werken op een impulsgever of 50 Hz generator. Deze lopen nu niet goed op tijd en zijn lastig bij te stellen. Daarom was het tijd voor een onderzoekje om uit te zoeken wat hier aan de hand is.

Hiertoe werd de afgelopen weken bij iedere gelegenheid een foto genomen, welke vandaag afgelezen en nabewerkt werden in een spreadsheet. Alle tijdstippen zijn ten opzichte van die van de tijdstempels op de foto’s uit de telefoon, dat is CET. Hier wordt enkel de gang van de klokken bekeken, niet de absolute afwijking.

In de hal

De 24-uurs 50 Hz nevenuurwerken in de hal; links UTC, rechts Sterrentijd

De klokken in de hal wijzen niet de juiste tijd aan en de wijzers zitten niet goed op de as, zodat er “onzin” aangegeven wordt. De wijzers werden afgelezen naar de voorgaande streep, waarna in de spreadsheet gecorrigeerd werd voor de wijzer offsets. Hierbij werd de offset voor alle afgelezen tijden gelijk, en zo ingesteld dat het gemeten tijdverschil, de afwijking, geen hele uren of minuten versprong. Dit kan hier omdat de gang onderzocht werd, niet de absolute afwijking welke zich betrekkelijk eenvoudig laat corrigeren door de klok gelijk te zetten.

UTC klok

Als eerste de UTC klok. De gekozen offset van de minutenwijzer was hier 38 m, die van de secondenwijzer 4 s. Er zijn nog steeds sprongen van 1 m zichtbaar welke niet weg te werken waren met offsets, een wild idee is dat dit veroorzaakt wordt door speling van de wijzers. Conclusie: Dit uurwerk loopt goed.

Sterrentijd klok

De sterrentijdklok geeft een ander beeld, hij loopt inderdaad op Sterretijd en dus ongeveer vier minuten per dag sneller dan de referentietijd ! Dit geeft de dalende trend. Wijzer offsets waren: 24m, 0s. Uitdaging was hier dat de spreadsheet afhankelijk van het moment van aflezen soms een negatief tijdverschil gaf, hetgeen opgelost werd door er in die gevallen een dag bij op te tellen. Conclusie: Ook deze klok loopt goed. hij schijnt mechanisch gekoppeld te zijn met de UTC klok, ik ben nieuwsgierig hoe dit werkt.

De buitenklok

De klok boven de hoofsingang van de Oude Sterrewacht in Leiden.

De wijzers op deze klok zitten goed op de as, hetgeen de nabewerking van de data vereenvoudigde. Er zijn wat minder metingen over een langere periode:

Deze klok lijkt op basis hiervan onregelmatig te lopen. Dit wijst op een defect van de (DCF-) impulsgever. Bij een mechanisch defect van het nevenuurwerk zou de verwachting zijn dat er pulsen gemist worden waardoor de klok enkel steeds verder achter gaat lopen.

Push to declinatie

Links de encoder, bovenop de Arduino, rechts de ledjes. De declinatie-as loopt horizontaal.

Bij de WLS zijn wij bezig een goto systeem te maken op een wat grotere telescoop, de Zunderman. Het blijkt echter een uitdaging om een motor op de decinatieas te installeren.

Daarom maakte ik als experiment een push-to oplossing. Een 10-bits encoder bepaald de positie van de as. Een Arduino leest deze uit, en vergelijkt hem met de positie zoals deze opgegeven wordt door de sturing. De signalen uit de sturing zijn die welke de stappenmotor aan zouden sturen.

Het resultaat van deze vergelijking wordt getoond op vijf serieël aanstuurbare leds. Men moet de as met de hand zo bewegen dat de middelste led groen oplicht. De resolutie is met 21 boogminuten niet geweldig, maar dan is men behoorlijk in de buurt van de gezochte positie.

Richtingsgevoeligheid SQM

Dit weekeinde in een kleine geïmproviseerde opstelling de richtingsgevoeligheid van een Unihedron Sky Quality Meter proberen te meten. Een SQM is een instrument om te meten hoe donker de hemel ’s nachts is. Dit in verband met een groter project, waarover binnenkort meer.

De gemeten helderheid van de nachthemel is in de eenheid “magnitudes per vierkante boogseconde”. Na omrekenen naar een (soort) intensiteit lijkt het resultaat niet zo gek. De meter heeft niet veel last van strooilicht buiten zijn as, welke op het zenit gericht zal worden.

Dit is nuttig om te weten voordat hij een plekje krijgt.

Spreadsheet with measurements

Kettingreparatie

Alweer mechanica op de Sterrewacht, wat na een week vooral computerwerk gedaan te hebben ook wel lekker is.
Er was een antieke ketting kapot van de koepel van de zesduims. Deze hebben we voorlopig gerepareerd met wat gemodificeerde M4 boutjes.
Het is fijn om op de Makerspace snel kleine dingen te kunnen maken voor de Sterrewacht 🙂
Een nieuwe metrische(!) ketting met steek 15mm, binnen breedte 12mm en roldiameter 5mm, wordt nog lastig zo lijkt het.