Летом 2018 года было много экскурсий в обсерватории. Хотелось знать погоду перед выездом не по метеоблю, а по факту. Видеть облака и текущую атмосферную обстановку над башней – хорошее подспорье в решении ехать – не ехать. Да, здесь тоже пригодилась бы камера. К августу я окончательно созрел на реализацию задуманного и стал готовиться уже к серьезной работе.
Что должно быть в хорошей AllSky камере?
В первую очередь сама камера. Но этот вопрос у нас закрыт. Есть не самая современная Meade DSI-3 color и программа SkyWatch, которая с ней работает.
Камера на матрице Sony ICX285AK, формат 2/3 дюйма, разрешение 1360х1024, выдержки от 0,001 сек. до часа. Вернее, камера может делать выдержку даже 0,0001 (десятитысячную секунды), но программа SkyWatch не использует такие значения и останавливается на одной тысячной.
Объектив. О, как много зависит от этой выпуклой стекляхи! Чем больше выпуклость, тем большее поле зрения. Для AllSky камер используется объективы типа «рыбий глаз». Их много всяких, но какой подойдет для нашей камеры? Матрица в ней 2/3 дюйма, т.е. 11мм по диагонали. Почти все доступные объективы не засвечивают ее полностью, оставляя большое виньетирование – наверное, треть матрицы не используется. Вот объектив CCTV 1/3″ от камеры ZWO ASI-120MM и картинка, которую он выдает с матрицей 2/3″.
Поиски чего-то более эффективного привели к неоднозначному результату. Хотя результат вполне конкретный – такой объектив только один, это Fujinon FE185C086HA-1. Он обеспечивает почти полное покрытие матрицы – диаметр проекции 8,6мм и сверхширокий угол – 186 градусов.
Но при этом у него фиксированный фокус — он не регулируется, и стоит эта штука почти 45 тыс. руб. Последний факт напрочь отбивает к нему интерес.
Так, что еще можно прикрутить, не такое дорогое? Есть интересный объектив Beward B20-2/3-CS.
Даже подходит для матрицы 2/3 дюйма. Только в продаже его уже нет, сняли с производства.
И тут на астрофоруме внезапно натыкаюсь на сообщения от Palomar. У него есть такой объектив, используется как раз в AllSky камере. Конечно, написал ему. Ну а дальше произошли совсем уж чудесные вещи. Оказалось, что у Сергея два таких объектива, и один из них уже 3 года лежит без дела! На мою просьбу продать его, Сергей ответил, что может подарить объектив просто так! Это было потрясающе. Я оплатил только пересылку и получил не только сам объектив, но и чехол к нему, напечатанный на 3D принтере.
Вот какие люди есть на свете! Выражаю Сергею огромную благодарность! Кстати, он профессионально занимается разработкой астрономической аппаратуры. Его сайт www.astromechanics.org
Этот объектив дает немного большее покрытие матрицы и угол обзора. Но слева и справа все равно остается пустое место.
Это вполне приемлемый результат. Многие заводские AllSky камеры дают похожую картинку.
Камера должна быть «в домике». Т.е. в корпусе, где ей не страшен дождь и снег. Нужно подобрать хорошую монтажную коробку без лишних отверстий, качественный колпак и герметичные разъёмы, чтобы провода можно было отсоединять. Компоненты должны иметь «водонепромокаемое» исполнение, т.е. иметь степень герметичности не ниже IP65.
В этот раз детали выбирались по принципу – то, что нужно, а не то, что есть дома/на работе. Алиэкспресс — волшебная страна для всех, кто занимается техническим творчеством. Там есть практически всё для самых изощренных задумок. Жаль, что посылку долго ждать приходится. Итак, после непродолжительных поисков были заказаны:
Корпус – монтажная коробка без отверстий с герметичностью IP65.
Цена 591р для простой коробки из пластмассы показалась как-то не очень адекватной. Однако по приезде убедился, что коробка хорошая – толщина стенок 3 мм! Кое-как просверлили потом. Винтики вкручиваются в металлические гильзы с резьбой. Уплотнитель мягкий.
Колпак диаметром 80мм для уличных камер.
Однако 485р и только платная доставка за 467р. Приехало быстро. Колпак оказался хороший! По сравнению с предыдущим от комнатной охранки, он не дает растянутых вертикальных бликов от фонарей, что меня очень обрадовало.
Герметичные разъемы для кабелей питания и USB. Класс IP68.
На фотографиях кажутся значительно больше, чем в руках. Все с уплотнительными колечками. Ехали очень долго – больше 3 месяцев.
Кроме корпуса, нужно предусмотреть систему питания и обогрев колпака. Колпак нужно греть, чтобы на нем таял снег, и не было образования конденсата внутри.
Ну, с питанием более-менее ясно. Приходит 12в, из которых DC-DC конвертер делает 5в для камеры и USB хаба.
DC-DC конвертер 12 -> 5в.
Доставка и сам девайс стоили одинаково – 100р, в результате 200р и 2 месяца томительного ожидания, вместо заявленных 23-32 дней. Конвертер выбрал с хорошим запасом – разброс входного напряжения 6-20в, что позволяет не беспокоиться о просадке 12в и дает возможность использовать телескопный блок питания на 18в, который большую часть времени простаивает.
Обогрев колпака будет от 12в. Нужно сделать нагревательный элемент из резисторов и закрепить так, чтобы не перекрывать обзор. Подумаем позже над этой конструкцией. Контроль нагрева сделаем с помощью термореле с того же алиэкспресса.
Вот такой универсальный модуль реле. К нему можно подключать сенсоры не только для контроля температуры, но также влажности и освещения. Очень удобно, настраиваешь порог срабатывания, и вуаля – оно щёлкает! Держит заданную температуру.
Да, реле держит температуру. Но кто будет принимать решение, что обогрев нужно включать? И выключать тоже. Ой, что мне только не советовали… даже датчик снега и дождя. Знаете, есть такой принцип Оккама. Чем проще – тем надежнее. Поэтому принимать решение буду я сам. Сделаю один выключатель на корпусе и буду включать на всю зиму, как отопление дома. Просто и надежно. Только нужно подобрать соответствующий включатель. Он тоже должен быть водонепромокаемый! Пожалуй, такой подойдет. Закажу красный.
По мере приезда деталей, начал задумываться о компоновке и способе крепления их в корпусе. В прошлой версии камера держалась в коробке на двух винтиках, остальное – на проволоке и пенопласте со скотчем (facepalm). В этот раз нужно серьезно подойти к вопросу.
И тут на работе появляется 3D принтер! Обалдеть. С этим проектом вообще много совпадений. Принтер простенький — Wanhao Duplicator i3, китайский клон Prusa i3.
Тщательно измерил камеру и другие элементы, прикинул на бумаге где что будет.
Потом разработал модель в 3DS Max. Разместил камеру, DC-DC конвертер, термореле и усб хаб. Камера держится на опорах, которые зажимаются специальными держателями. Держатели, в свою очередь, надеваются на заводские элементы коробки.
Когда дело дошло до печати, я узнал «по чем фунт лиха». Сделать деталь, которая точно подойдет по размерам к чему-то… О, это кошмар. Узнал много нового об усадке ABS и PLA пластика, узнал о разнообразии программ для 3D печати, узнал о погнутом столе, важности температурного режима и мееедленного остывания. Вообще, много чего узнал. Это хорошо, т.к. первый опыт 3D печати оказался в целом успешным. Теперь можно развиваться в этом направлении дальше.
Серые детали из PLA пластика. Прежде чем они наделись на втулки в коробке, пришлось опытным путем вывести магический коэффициент 1,003861. На такую величину деталь уменьшается после печати.
Пластик ABS уменьшается в 10 раз больше. Для него этот коэффициент 1,0101. Кроме того, деталь сильно деформируется, если нагрев стола меньше 100 градусов. Из этого пластика печатался держатель нагревателя. Вот он в сборе.
Держатель — это рамка, которая надевается сверху на камеру, и крепится к ней с помощью зажимов. На рамке 4 вертикальные опоры для удержания нагревателя. Сам нагреватель это длинная полоска из тонкого двухстороннего текстолита. В середине металлический слой зачищен и по кругу напаяны 10 SMD резисторов по 560 Ом. Потом эту полоску свернул в кольцо и покрасил черной эмалью из баллончика, чтобы не бликовало. Вот фото, где оно еще без эмали. Испытываем термореле.
Алгоритм работы термореле оказался не совсем такой, как я думал. Оно остается замкнутым, даже когда отключаешь питание 5В. Срабатывает, когда температура сенсора превышает заданный порог. Если допустить поломку мозгов этого реле, или неполадки с питанием 5В, нагреватель останется включенным, пока все не расплавится. Да уж, перспектива…
Тогда включил в цепь нагревателя термопредохранитель на 80 градусов, и прижал его с помощью детали из того же ABS пластика. Все элементы под колпаком покрашены в черный цвет, чтобы не было бликов и отражений.
Сенсор термореле встроен в одну из опор держателя. Кстати это NTC резистор, т.е. у него уменьшается сопротивление при нагревании. Рабочую температуру выставил 55 градусов.
С приходом остальных деталей устройство было полностью смонтировано.
Отверстие в крышке под колпак вырезали с помощью «балеринки». К сожалению, фотографий этого процесса не сохранилось. Потом доводили до нужного диаметра наждачкой на цветочном горшке.
Для поглощения влаги были заказаны 100-граммовые мешочки с силикагелем. Сразу положил один под камеру – пусть поглощает))
И вот наше устройство в сборе. Реле щелкает, колпак греется. Проверил разброс напряжений от 9 до 18 Вольт. Работает во всем диапазоне. Только от 9В температура нагревателя не достигает 55 градусов. Он доходит примерно до 45 и всё. От 12В реле уже начинает щелкать – регулировать температуру. На передачу сигналов по усб щелчки никак не действуют.
Поставим за окно на тестирование.
Получаются интересные кадры ночного города, а звезд совсем не видно.
Программа собирает видео из полученных кадров, получаются занятные ролики. В городских условиях выдержка не устанавливается более 3 сек. Если поднять вручную – все будет оранжевым от натриевых фонарей. Яркий объект в кадре – Луна.
А вот красивый рассвет.
Погоняю камеру еще для уверенности и отвезу в обсерваторию.
Те, кто не читал первую статью, могут найти ее здесь Самодельная AllSky камера — через тернии к звёздам! Часть 1.