「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

2020-07-02 DFRobot智造星球


「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

星空，永遠是大家神往的地方。

這次給大家帶來的項目，是外國小哥用樹莓派和天文望遠鏡製作的一臺智能行星觀測器。

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

觀測器從 NASA 獲取已知行星的坐標數據，然後可以自動調整角度，聚焦這顆行星，讓我們很方便地觀測它們。

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

相信它能很好地帶我們好好感受一下外太空世界。

材料清單

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

  • 樹莓派 3B ×1
  • 16×2 LCD 屏幕 ×1
  • 帶驅動器的步進電機 （28-BYJ48） ×2
  • 按鈕 ×3
  • 法蘭聯軸器 5mm ×2
  • 按鈕指南針 ×1
  • M3 螺栓/螺母 ×8
  • 3D 列印外殼 ×1
  • 3D 列印望遠鏡 ×1

行星坐標數據

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

這裡介紹兩種定位行星的方法。

  • 使用水平坐標系。它可以從北方（方位角）向上方傾斜一個角度和從地平線（高度）向上方傾斜一個角度，具體以我們的位置而定，角度會有所不同。這個方法以北方作為參考目標。參考資料：https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal\_coordinate\_system
  • 將樹莓派連上 WiFi 後，直接連接到 NASA 獲得數據。

訪問行星數據

從 NASA 噴氣推進實驗室（JPL）獲取數據：

https://ssd.jpl.nasa.gov/\?horizons

訪問數據前需要安裝 AstroQuery 庫，這個庫是用於查詢行星網絡表單和資料庫的工具。下載地址：

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

如果這是你的第一個樹莓派項目，可以先參考下面的設置指南：

https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started

確保安裝最新版本的 Raspbian（我使用的是3.7.3版）。打開終端運行命令：

sudo apt install python3-pip

然後使用 pip 安裝 astroquery 的升級版本。

pip3 install --pre --upgrade astroquery

在繼續完成項目前，可以使用簡單的 Python 腳本訪問該數據，確保所有依賴正確安裝。

from astroquery.jplhorizons import Horizons
mars = Horizons(id=499, location=&39;, epochs=None, id_type=&39;)
eph = mars.ephemerides()
print(eph)

不出意外，這串代碼會顯示火星的詳細位置。我們可以查看火星定位是否正確：

https://theskylive.com/planetarium

為了方便查詢，我會做簡化處理。其中 id 表示是 JPL數據中與火星的數據，epochs表示獲取數據的時間，id_type表示詢問太陽系主體。「000」在格林威治天文臺的位置代碼中表示英國的位置。其他位置可點擊查看：

https://minorplanetcenter.net//iau/lists/ObsCodesF.html

故障排除：

如果出現報錯：No module named 『keyring.util.escape』可以在終端中輸入以下命令：

pip3 install --upgrade keyrings.alt

編程

為了找到精確的坐標數據，在getPlanetInfo修改位置信息（使用上一步中天文臺的列表修改這裡的location）

def getPlanetInfo(planet):
obj = Horizons(id=planet,
location=&39;, epochs=None,
id_type=&39;)
eph = obj.ephemerides()
return eph

完整的 python 腳本下載方式，在文末告知。

連接硬體

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在該步驟中，要連接麵包板、跳線、兩個步進電機、LCD 屏幕和三個按鈕。在樹莓派上找到引腳，在終端上輸入

pinout

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上圖顯示了 GPIO 編號和板子編號。

連接方式如下：

  • 第一個進電機 – 7、11、13、15
  • 第二個進電機 – 40、38、36、32
  • 按鈕 1 – 33
  • 按鈕 2 – 37
  • 按鈕 3 – 35
  • 顯示屏 – 26、24、22、18、16、12

當全部連接後，運行 python 腳本

python3 planetFinder.py

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在屏幕上會顯示設置文本信息，並且按鈕可以啟動步進電機。

3D 列印外殼

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所有列印 STL 文件，文末提供打包下載連結。

測試3D列印件

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部件都列印完成之後，在塗膠水之前，先確保它們都能緊密貼合。

將按鈕安裝到位，固定顯示屏和步進電機，打磨一下外殼，確保所有組件都能正常使用。然後我們再進行下一步的操作。

安裝步進電機

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步進電機將控制位於外殼上方的望遠鏡的仰角，所以需要延長電線方便旋轉。安裝方法可以參照上圖。

接線完成後，可以運行一下 python 腳本，檢查是否一切正常。

然後將電線放回管內，直到步進電機就位，再將步進電機固定在外殼上，把外殼粘合。

安裝按鈕和 LCD 屏幕

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如圖所示安裝按鈕，在焊接前使用螺母把它固定好。

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使用M3螺栓和螺母固定LCD顯示器。請將LCD其中一個引腳焊接到電位計上。

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在將所有的組件粘合之前，再次測試代碼，確保所有能夠正常工作，因為該階段更容易修復。

添加法蘭聯軸器

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將3D列印的底座連接到步進電機。

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我們把5mm的法蘭聯軸器安裝在步進電機的頂部，並用螺釘固定到位。

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將望遠鏡安裝到旋轉塔頂上的電機很簡單，因為有足夠的空間可以將小螺釘固定到位。

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一個法蘭器粘連在旋轉塔架的底座上，另一個安裝在望遠鏡上。再次測試，確保裸露的電線彼此不接觸，用電工膠帶纏住並修補可能引起問題的任何地方。

啟動

因為想把它獨立運行，而不是每次手動代碼尋找行星，因此把觀測器設置為在樹莓派開啟時運行代碼。在終端中輸入。

crontab -e

在打開的文件中，在文件末尾，另起一行輸入。

@reboot python3 /home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py &

代碼保存在 PlanetFinder 文件夾中，因此文件位置為：/home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py。如果你保存在其他地方，請在此處更改。

說明：代碼末尾的&是允許代碼在後臺運行，因此它在啟動時不會阻止其他進程。

完成組裝

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將小指南針添加到旋轉底座的中間，最後，將所有的組件安裝到位！

使用方法

「為了看星星，我自己做了一個行星觀測器」

1、當望遠鏡開始啟動時，調整垂直軸。按下向上和向下按鈕可以移動望遠鏡，調整好後按下 OK 按鈕即可（位於底部）。

2、調整旋轉角度，使用按鈕旋轉望遠鏡，直到小指南針將望遠鏡指向北方，然後按下 OK 按鈕即可。

現在，我們可以使用向上、向下按鈕選擇行星，確定好後按下OK按鈕即可。它將顯示選定行星的高度和方位角，指向它幾秒後再轉向北。

到現在，項目就算全部完成了。

趕緊去找找你心中的那顆行星吧！

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項目來源：https://www.instructables.com/id/Raspberry-Pi-Planet-Finder/

項目作者：snowbiscuit

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