Motorização de Telescópios Dobsonianos pelo Sistema Mel Bartels

André Luiz R. Moutinho, (12) 39294401, moutinho@bol.com.br

Elias Lobo de Oliveira, (12) 39291994, eliasdiva@ig.com.br

Mauro Alves da C. Corrêa, (12) 3943-8666, mauro@encomsp.com.br

NAEE (Núcleo de Atividades Espaciais Educativas)

CTA- Centro Técnico Aeroespacial

Palavra Chave

Motorização de Telescópios Dobsonianos pelo Sistema Mel Bartels

Resumo

O sistema de motorização de telescópios a ser descrito foi criado por um americano chamado Mel Bartels. Ao longo dos anos, vários colaboradores ajudaram a aperfeiçoar o sistema.

Esse sistema foi idealizado com a finalidade de permitir a motorização de um telescópio com um custo muito baixo usando componentes baratos e disponíveis comercialmente. Esse objetivo vai de encontro às necessidades do Astrônomo Amador Brasileiro que não dispõe de equipamentos motorizados no mercado nacional e está totalmente dependente do mercado externo. Além de não poder encontrar tais instrumentos no mercado nacional, ainda está sujeito a abusivas taxas de importação e ao grande custo devido à forte desvalorização que a moeda nacional apresenta em relação ao dólar.

O grupo que desenvolveu esse projeto faz parte do Núcleo de Atividades Espaciais Educativas (NAEE) ligado ao Observatório do CTA de São José dos Campos, SP.

Mais informações a respeito do sistema de motorização pode ser encontrada no site original do autor em http://www.bbastrodesigns.com

O texto desse projeto também está disponível em português no endereço eletrônico: http://moutinho.astrodatabase.net

1 Visão Geral...........................................................................................................................................4

2 Custos de Material................................................................................................................................5

3 Diagrama Eletrônico............................................................................................................................6

3.1 Diagrama Eletrônico de Controle...............................................................................................6

3.2 Esquema elétrico do controle de mão.........................................................................................6

4 Placa de Circuito impresso...................................................................................................................7

4.1 Placa de circuito impresso do driver de controle........................................................................7

4.2 Placa do controle de mão............................................................................................................7

5 Software SCOPE..................................................................................................................................8

6 Projeto Mecânico.................................................................................................................................9

6.1 Cálculo das Reduções.................................................................................................................9

6.1.1 Redução através do limpador de pára-brisas.........................................................................9

6.1.2 Redução através do eixo de saída e a base do telescópio......................................................9

6.1.3 Redução Total........................................................................................................................9

6.1.4 Deslocamento angular por step..............................................................................................9

6.1.5 Deslocamento angular por microstep....................................................................................9

6.2 Acoplamentos...........................................................................................................................10

6.2.1 Motor de Altitude.................................................................................................................10

6.2.2 Motor Azimute.....................................................................................................................11

7 Montagem Eletrônica.........................................................................................................................12

8 Recomendações Finais.......................................................................................................................13

9 Conclusão...........................................................................................................................................13

1 Visão Geral

O sistema é baseado em um software denominado SCOPE e roda em um microcomputador PC que não precisa ser, necessariamente, de ultima geração.

Devido à alta taxa de atualização dos computadores de uso pessoal, computadores hoje considerados obsoletos, como os 486, ainda apresentam uma grande aplicabilidade e podem ser adquiridos a custos bem baixos no mercado de usados de informática.

Devido às características de portabilidade e facilidade de uso, recomenda-se o uso de computadores na configuração Laptop ao invés dos chamados Desktop ou micros de mesa. Laptops usados baseados em 486 podem ser adquiridos com custos bem acessíveis.

Existe uma grande variedade de tipos diferentes de telescópios e todos eles podem ter o seu funcionamento motorizado através do computador. Recomenda-se, dentre eles, o tipo Newtoniano com a clássica montagem Dobsoniana pela facilidade de construção e ótimo custo-benefício. Além da montagem Dobsoniana Altazimutal, também podem ser utilizadas montagens do tipo Equatorial com o sistema de motorização Mel Bartels.

A montagem utilizada nesse projeto é do tipo Dobsoniana. Essa montagem se enquadra na classe altazimutal. Na montagem altazimutal, dois eixos são trabalhados para conseguir o apontamento desejado do aparelho. O eixo da Altitude e o eixo do Azimute. Esses serão os eixos onde será feita a motorização

O movimento do telescópio é acionado por um conjunto de motores de passo ou step motors. Nesses motores, a rotação depende da mudança de campo magnético gerado por bobinas internas. Existem 4 bobinas internas e um conjunto de pulsos são gerados em uma determinada seqüência fazendo o campo magnético ‘girar’. Esse movimento magnético é seguido pelo movimento mecânico transmitido a um conjunto de redução. Esse conjunto de redução, por sua vez, transfere o movimento aos eixos do telescópio fazendo o mesmo apontar para uma determinada direção desejada.

Para gerar essa seqüência de pulsos é necessária a implementação de uma placa de controle que, basicamente, utiliza o sinal proveniente da saída paralela do PC (5V e baixa corrente) e aplica, em outro nível de tensão e corrente nas bobinas dos motores de passos do sistema.

Além do controle automático, através do PC, é possível o controle manual do movimento através de um controle de mão. O chaveamento dos pulsos gerados pelo PC através do controle de mão, alimentará o motor de passo utilizando a saída paralela do microcomputador interfaceado através de uma placa de potência os quais atenderão os comandos do programa de controle SCOPE. Esse programa converte o comando de movimentação do usuário em uma seqüência de pulsos de volta à placa de controle que são transmitidos aos motores de passo.

2 Custos de MaterialEsse projeto apresenta um custo relativamento baixo de implementação. Todos os componentes eletrônicos são facilmente encontrados em casas de componentes eletrônicos. O componente mecânico mais crítico é o conjunto de reduções para cada eixo (altitude e azimute), que podem ser facilmente encontrados em casas de sucatas ou desmanches automotivos. Talvez o componente que apresente maior dificuldade de aquisição seja um notebook usado, que não precisa ser de última geração. O mínimo recomendado é um notebook tipo 486.

É possível utilizar computadores convencionais ou Desktop. Porém, a portabilidade nessa configuração fica bem mais comprometida.

A seguir, uma tabela sumarizando os principais custos envolvidos nesse projeto:

Redutores (limpadores de pára-brisas) R$60,00

Componentes eletrônicos (com caixa e cabos s/ fonte)

R$130,00

Motores de passo R$10,00 (cada)

Notebook usado tipo 486 R$400,00 (opcional)

3 Diagrama Eletrônico

3.1 Diagrama Eletrônico de Controle

3.2 Esquema elétrico do controle de mão

4 Placa de Circuito impressoUma parte substancial do trabalho de motorização concentrou-se na elaboração das placas de circuito impresso do “driver” de controle e do controlador de mão, apresentado nas seguintes figuras:

4.1 Placa de circuito impresso do driver de controle

4.2 Placa do controle de mão

5 Software SCOPEO software SCOPE foi desenvolvido por Mel Bartels e representa o controle principal do sistema de motorização. A seguir, a tela principal do programa:

O SCOPE apresenta as seguintes funcionalidades principais:

Acompanhamento ou TRACKING de um determinado astro

Correção na rotação de campo (FIELD ROTATION)

Ajuste da focalização

Ajuste manual através do PAD em 2 velocidades

GOTO ou SLEW para um determinado astro no Database

GOTO ou SLEW para uma determinada coordenada

Cadastro uma lista de astros no Database

Interface via protocolo LX200 com outro computador

O SCOPE foi desenvolvido em ambiente DOS, com perspetivas para Linux. Pode ser “baixado” diretamente de http://www.bbastrodesigns.com

Para instalá-lo, basta simplesmente descompactar o arquivo ZIP para um diretório do seu hard disk ou disquete. Convém lembrar também que não necessidade de um Hard Disk na máquina que será utilizada o SCOPE. Basta utilizar simplesmente um disquete de boot DOS contendo os arquivos do SCOPE.

O SCOPE não roda em Ambiente Windows XP, NT ou 2000. Consegui fazer ele rodar em Windows 95, 98 e ME. Porém é recomendável rodá-lo diretamente em DOS. Caso o seu sistema operacional não permita inicializar em modo DOS (e.g. Windows XP), pode-se fazer a inicialização através de um disco de boot Windows 95 ou 98.

6 Projeto Mecânico

6.1 Cálculo das ReduçõesO objetivo é a obtenção de um valor de redução entre 1000 a 2000.

Para tanto, duas reduções são utilizados:

6.1.1 Redução através do limpador de pára-brisas

O valor de redução desse componente é fixo. No caso do redutor de limpador de pára-brisas, esse valor é de 1:56. Ou R1=56

6.1.2 Redução através do eixo de saída e a base do telescópio

Nesse caso, a redução conseguida por esse conjunto vai depender das dimensões da base do telescópio e do eixo cilíndrico de saída que está ligado à redução do limpador de pára-brisas e faz a movimentação da base.

Como exemplo, pode-se citar o telescópio que está ilustrando esse artigo. Este tem uma base com diâmetro de 445mm e eixo de saída com 18mm de diâmetro. Desta maneira, R 2 pode ser obtida dividindo-se o valor da base pelo eixo de saída ou R1.R2.

6.1.3 Redução Total

A redução total é obtida multiplicando-se a redução R1 pela redução R2.

No caso do telescópio ilustrado no artigo,

Ou seja, seriam necessárias cerca de 1384 voltas completas do motor de passo para que o telescópio efetuasse uma rotação de 360 graus no eixo de azimute.

6.1.4 Deslocamento angular por step

Dividindo o valor do step ( 1.8 graus, se o motor tiver 200 steps) pela redução total ou 1384, obtem-se o valor de 4.68 segundos de arco por step do motor de passo:

6.1.5 Deslocamento angular por microstep

Dividindo o step por 20 microsteps, teremos cada microstep valendo: 0.23 segundos de arco.

 

Os valores de step e numero_steps são configurados no arquivo CONFIG.DAT do programa SCOPE.EXE

6.2 AcoplamentosA construção do conjunto motor-redutor de Altitude é muito semelhante à construção do conjunto motor-redutor de Azimute. A única diferença se encontra na fixação desse conjunto à montagem Dobsoniana.

Para aumentar o torque dos motores de passo e também a fim de se obter um reduzido ângulo de rotação por “step”, utilizou-se um redutor de limpador de pára-brisas de Chevette, que pode ser facilmente adquirido em comércio de sucatas ou desmanche automotivo.

A chave da montagem do conjunto se encontra no acoplamento do eixo do motor de passos ao eixo sem-fim do redutor de pára-brisas. A melhor alternativa encontrada foi executar esse acoplamento através de um tubo plástico de diâmetro levemente inferior ao diâmetro do eixo do sem-fim, de forma a obtermos uma fixação adequada e, ao mesmo tempo, uma maior flexibilidade para acomodar eventuais desalinhamentos entre os eixos. A dica para se afixar os eixos com o tubo plástico é utilizar-se de banho-maria.

Antes de se chegar a essa abordagem, foi tentada a fixação rígida, através de acoplamento metálico, que não teve êxito devido à grande dificuldade de se obter perfeito alinhamento entre os eixos. Desalinhamentos geravam forte vibração no conjunto motor-redutor dificultando o livre movimento do motor e redução. Para fixar o motor de passo ao redutor do pára-brisas em alinhamento, utilizou-se de espaçadores, parafusos e porcas.

Detalhe da junção Motor-Redutor

6.2.1 Motor de Altitude

Para fixar o conjunto motor redutor de altitude à montagem Dobsoniana utiliza-se um suporte feito com uma cantoneira de aluminio de 3 mm de espessura.

6.2.2 Motor Azimute

Para fixar o conjunto moto-redutor de azimute à montagem Dobsoniana utiliza-se um par de cantoneiras de ferro e 4 espaçadores de borracha permitindo ajuste à ficção. Através do aperto dos parafusos é possível ajustar a altura do conjunto motor redutor em relação á base superior da montagem Dobsoniana.

7 Montagem Eletrônica

Driver de controle Controle de mão

Driver de Controle (visão traseira) Driver de Controle (visão frontal)

8 Recomendações FinaisA precisão final do GOTO e acompanhamento vão depender exclusivamente da precisão do acoplamento mecânico da montagem e ajuste fino dos parâmetros do software SCOPE.

Desta maneira, deve-se garantir que:

Todos os parâmetros de software SCOPE devem estar devidamente configurados. Principalmente o parâmetro HsParams, que indica a relação entre o passo dos motores e a movimentação mecânica do telescópio;

Os eixos de azimute e altitude devem estar perfeitamente perpendiculares;

O braço de altitude, que liga o tubo do telescópio ao motor de altitude, deve apresentar uma distância ou raio constante em relação ao eixo de altitude. Utilizou-se um revestimento de neuprene para evitar qualquer deslizamento entre esse componente e o conjunto de redução do motor de passo. Qualquer imprecisão nessa superfície causa erros de acompanhamento e GOTO;

Uma vez que as superfícies das reduções são lisas e não baseadas em engrenagens, deve-se garantir que as mesmas não deslizem durante a movimentação do telescópio, qualquer deslizamento nessas superfícies gera erros de acompanhamento e GOTO;

O tubo do telescópio deve estar devidamente balanceado em relação ao seu centro de gravidade. Reduzindo, dessa maneira, a possibilidade de deslizamento entre as superfícies da montagem e os conjuntos de reduções;

Em relação à obtenção de um acompanhamento suave, deve-se fazer o ajuste fino dos micro-steps dos motores de passo através da configuração do software SCOPE;

Ainda em relação à obtenção de um acompanhamento suave, deve-se utilizar motores de passos que não causem uma vibração mecânica excessiva na montagem. Geralmente motores super dimensionados para uma determinada montagem podem apresentar esse problema. Pode-se atenuar o efeito da vibração através do acoplamento dos motores através de buchas de borracha;

Finalmente, erros de montagem podem ser compensados através de ajustes acessíveis através do menu Init do software SCOPE.

9 ConclusãoO sistema Bartels de motorização de telescópios dobsonianos vai de encontro à realidade do astrônomo amador brasileiro. O custo de uma montagem equatorial é proibitivo à maioria do amador brasileiro iniciante. Desta maneira, a maioria lança mão de suas habilidades ATM na construção do clássico Dobsoniano de 180mm a partir de kits óticos comprados.

A pesar de ser baseado em componentes de fácil aquisição e relativo baixo custo, esse sistema apresenta um alto nível de complexidade disponibilizado pelo software de controle SCOPE. Podendo ser integrado a software planetário através de comandos LX200 ou mesmo ser utilizado para astrofotografia em montagem altazimutal através do controle de um motor de rotação de campo. A implementação do controle de rotação de campo não está no escopo desse trabalho.

O sistema de motorização Bartels necessita de um micromputador para de controle rodando o software SCOPE. Desta maneira, a portabilidade do conjunto fica pouco comprometida, com a vantagem de não ser necessário implementar uma eletrônica de controle bem mais complexa através da utilização de elementos como microntroladores. Um outro aspecto que não agradou foi o ruído gerado pelo sistema quando em modo microstep ou acompanhamento, que pode ser atenuado através da configuração do software SCOPE.

Finalmente, vale salientar que o sistema apresentado nesse artigo apresenta um ótimo projeto para clubes de astronomia ou mesmo entre amigos amadores. Apresentando uma ótima oportunidade de aprendizado nos diversos elementos que envolvem o desenvolvimento do projeto (motores de passo, integração eletro-mecânica, capacidade de encontrar soluções práticas e simples para resolução de problemas), além propiciar momentos agradáveis na companhia dos amigos.,