Astrofotografía con Raspberry Pi Zero: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

He hecho otros dos proyectos de cámara basados en Raspberry Pi antes de [1] [2]. Esta, mi tercera idea de cámara, es mi primer proyecto Raspberry Pi Zero. ¡Esta es también mi primera experiencia en Astrofotografía!

Estimulado por la reciente 'Superluna', quería volver a poner en servicio el antiguo Celestron Firstscope 70 EQ de mi hermano. Durante los últimos 10 años más o menos, los oculares han desaparecido, pero las cubiertas del telescopio han permanecido en su lugar para evitar que entre el polvo.

En mi útil bañera de electrónica hay un Pi Zero y un cable de cámara a juego. Junto con un LiPo, Powerboost 1000 y un módulo de cámara. Una coagulación perfecta de componentes, madura para la fabricación …..

Informe de diseño

Cree una cámara inalámbrica construida alrededor de la Raspberry Pi Zero que está diseñada para encajar en un receptáculo de ocular telescópico de 1.25.

Paso 1: componentes

Electrónica

• Raspberry Pi Zero.
• Cámara Raspberry Pi, (enlace de afiliado de Amazon).
• Cámara Raspberry Pi Zero FFC.
• Dongle Wifi USB Raspberry Pi, (enlace de afiliado de Amazon).
• Adafruit Powerboost 1000, (enlace de afiliado de Amazon).
• Batería LiPo.
• Tarjeta MicroSD, (Enlace de afiliado de Amazon).
• Alambre misceláneo.
• Interruptor deslizante en miniatura (SPDT), (enlace de afiliado de Amazon).

Raspberry Pi 3 | Opcional, (enlace de afiliado de Amazon)

Hardware

• Espaciadores hexagonales de latón M3 hembra-hembra de 4 x 20 mm, (enlace de afiliado de Amazon).
• 8 tornillos de cabeza hueca M3 de 10 mm, (enlace de afiliación de Amazon).
• 1 x Filamento PLA negro básico de SpoolWorks.
• 1 x Filamento NinjaTek NinjaFlex.

Archivos

Los archivos STL, STP y 123dx están disponibles en | thingiverse.com

Por favor, ayude a apoyar mi trabajo aquí en Instructables y en Thingiverse.

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Paso 2: preparación de la pieza

Para ayudar a adelgazar las cosas y obtener acceso a los contactos en el USB WiFi Dongle, necesitaremos quitar el estuche del dongle. Simplemente separe la caja de plástico con un cuchillo y retire con cuidado la PCB.

También deberá quitar la lente del módulo de la cámara. Hay una guía en la wiki de Raspberry Torte que muestra cómo hacer esto. Puede dejar este paso hasta el montaje si no desea que la lente de la cámara acumule polvo mientras tanto.

Paso 3: diseño

Estoy usando 123D Design para modelar las piezas.

Las consideraciones a tener en cuenta son el camino para el FFC. Acceso a la tarjeta SD, el conector MicroUSB en el Powerboost, las rutas de los cables, el espacio para el enchufe LiPo y un lugar para el Wifi Dongle y el interruptor para ir. Además, la cámara debe encajar en una ranura de ocular estándar de 1,25 en el telescopio.

Comencé a modelar un estuche para que se ajustara al Zero, tomando nota de la ranura para tarjeta SD y la posición del FFC de la cámara.

Al igual que con mis otros proyectos de cámara, he usado un diseño de tipo de capa con cada nueva capa formando un marco para un nuevo componente o componentes.

Es fácil olvidar que se necesitarán cables para conectar los componentes electrónicos. Así que asegúrese de agregar un enrutamiento de cables.

La última característica del cuerpo es un método para mantenerlo todo junto. El uso de espaciadores hexagonales de latón mantiene las cosas limpias sin que se vean tuercas en el exterior de la cámara.

Ninguna cámara está completa sin algunos accesorios. He elaborado una tapa de lente, diseñada para imprimirse en flexibles, y un anillo adaptador para telescopios oculares más grandes de 2.

Durante el montaje, descubrí que el cable de la cámara no era lo suficientemente largo. En lugar de usar un cable no estándar más largo y complicar las cosas para cualquiera que quisiera construir su propia cámara, ajusto los diseños para compensar la falta de longitud del FFC. Moví la posición de la cámara desde el centro del cuerpo hacia un lado.

Paso 4: Impresión

Estoy usando Simplify3D para cortar los modelos para imprimir. Están impresos en BigBox de E3D.

Importa los modelos a tu cortadora. Como tengo un BigBox, todos encajarán juntos en la plataforma de impresión. Configura tu cortadora.

Configuración de la cortadora

• Altura de la capa de 0,25 mm.
• 15% de relleno.
• 3 perímetros.
• 3 capas superiores.
• 3 capas inferiores.
• Velocidad de impresión de 50 mm / s.

La impresión tomó ~ 10 horas para hacer las 8 partes. Si tiene una Raspberry Pi de repuesto, puede monitorear y controlar su impresora de forma remota con el fantástico OctoPrint.

El cuerpo y el adaptador están impresos con el filamento PLA negro básico de SpoolWorks. La gorra está impresa con Filamento NinjaTek NinjaFlex.

Mientras espera a que termine la impresión, ahora es un buen momento para resolver el software.

Paso 5: software

Necesitará una Raspberry Pi estándar para preparar la tarjeta SD para la cámara.

Debido a que no queremos ni necesitamos la imagen completa de Raspbian, podemos comenzar descargando el archivo de imagen de Jessie Lite desde el sitio web de Raspberry Pi. Siga su guía de instalación para escribir la imagen en la tarjeta SD.

Como accederemos a la cámara a través de WiFi, ahora necesitamos instalar una interfaz web para la cámara. Yo uso RPi-Cam-Web-Interface. Siga su guía para instalar el software en su creación de imágenes.

El WiFi Dongle debe configurarse como un punto de acceso. Hay una guía útil de Phil Martin que configura el RPi como un punto de acceso | Punto de acceso wifi. Durante la sección CONFIGURAR HOSTAPD, cambio el nombre del ssid de Pi3-AP a Telescopio.

Por último, para detener cualquier luz parásita, el LED integrado de la cámara se puede apagar siguiendo esta guía | deshabilitar LED.

Simplemente puede quitar la tarjeta MicroSD del RPi estándar después de apagarlo correctamente y colocarlo directamente en el RPi Zero. No es necesario realizar cambios en el software para que funcione.

También tiene la opción de simplemente conectar la Raspberry Pi Zero a la red WiFi de su hogar, en caso de que esté dentro del alcance de su telescopio.

Paso 6: Montaje

Piezas impresas

He llevado una lima de aguja a las superficies superiores de todas las partes impresas, excepto la capa final. Esto eliminará los puntos altos y garantizará un ajuste uniforme y plano al apilar las capas.

Cableado Raspberry Pi Zero

Requerimos que se suelden cuatro cables al Pi, dos cables de alimentación y dos cables USB. He reciclado los cables de un cable USB antiguo. Usando la guía de Chris Robinson para agregar un dongle WiFi de bajo perfil a la Raspberry Pi Zero, podemos seleccionar las almohadillas de soldadura correctas.

En la guía de Chris, usa las almohadillas de soldadura en la parte inferior para la alimentación, sin embargo, usaremos el GPIO para alimentar 5v al RPi. Usando esta Guía para los pines y GPIO RPi, sabemos que queremos conectar + 5v (cable rojo) al pin 2 y GND (cable negro) al pin 6.

Capas 1-3

Fije los cuatro espaciadores hexagonales de latón de 20 mm a la primera parte impresa con 4 tornillos de cabeza hueca M3 de 10 mm. Coloque la pieza hacia abajo. Coloque el FFC en el RPi y colóquelo en la parte impresa. ¡No olvide colocar la tarjeta MicroSD!

Coloque la capa dos sobre la parte superior asegurándose de pasar el cable y el FFC a través de los orificios.

Coloque la capa 3 en la pila, nuevamente tome el cable con los cables.

Capa 4

Usando la referencia de Pinout de la guía de Chris, podemos soldar cables de alimentación al WiFi Dongle.

Coloque la capa 4 sobre la pila teniendo cuidado con los cables.

Suelde los dos cables de las almohadillas USB del RPi al WiFi Dongle. Coloque el dongle en la pila junto con el Powerboost 1000.

Corte los cuatro cables de alimentación a la longitud adecuada y suéldelos al Powerboost. Verifique las conexiones con la Guía de Pinouts de Adafruit.

El interruptor de encendido necesita tres conexiones. He soldado un tramo de cable plano de 3 vías al interruptor antes de colocarlo en la capa 4. Enrute los cables alrededor del Powerboost y suelde. Verifique las conexiones con la Guía de ENCENDIDO / APAGADO de Adafruit.

La batería

Los cables de la batería son demasiado largos e idealmente deberían acortarse.

Este es un paso potencialmente peligroso y solo debe intentarse si se siente cómodo con sus habilidades para hacerlo de manera segura

Comience quitando la cinta Kapton que cubre el PCB de la batería y los terminales de soldadura. Si no tiene su propio rollo de cinta, conserve la cinta que quitó para cuando vuelva a ensamblar el paquete.

Desoldar los cables de la PCB y colocar el conector en el Powerboost.

Pase los cables a través del orificio en la capa 5 y aproximadamente la longitud requerida antes de cortar el exceso. Es seguro dejar un poco más de cable del que cree que necesitará.

Vuelva a soldar los cables a la batería y envuelva el PCB en cinta Kaptop.

Capa 5

He agregado dos almohadillas de espuma en la parte inferior de la capa 5 para ayudar a evitar que el Powerboost se mueva.

Pase el enchufe de la batería a través del orificio en la capa 5 y conéctelo al Powerboost.

Pase el FFC a través del agujero en la capa 5 y colóquelo en la pila.

Coloque la batería en el espacio de la capa.

Prueba

Ahora es un buen momento para comprobar que todo funciona. Conecte brevemente la cámara al FFC y presione el interruptor. La luz del Powerboost debería encenderse (hay un pequeño orificio en la capa 3 a través del cual debería poder ver el LED de encendido azul).

Espere unos momentos y, utilizando su teléfono, móvil u otro dispositivo WiFi, busque el ssid del telescopio. Debería poder conectarse y, al apuntar su navegador a 127.24.1.1, debería aparecer la interfaz web RPi-Cam.

Si todo está bien, apague el sistema, apague el interruptor, retire la cámara y continúe con la construcción. Si encuentra que las cosas no salieron según lo planeado, revise las instrucciones y solucione sus problemas.

Capa 6

Si aún no lo ha hecho, retire la lente del módulo de la cámara. Consulte la Wiki de Raspberry Torte para obtener instrucciones.

Coloque la capa 6 en la pila, pase a través del FFC y conecte la cámara al FFC.

Capa 7

Mientras mantiene presionada la cámara en la capa 6, agregue la capa 7 a la pila.

Capa 8

Mantenga la capa 7 en posición y coloque la capa 8 en la parte superior. Deje que la cámara se alinee con la abertura en la capa 8.

Asegure la capa 8 con 4 tornillos de cabeza hueca M3 de 10 mm.

Tapa de cámara

Tan pronto como todo esté ensamblado, coloque la tapa en la cámara. Esto ayudará a mantener el polvo y otros detritos fuera del sensible CCD.

Paso 7: prepararse

Antes que empecemos

Deberá asegurarse de que la batería esté completamente cargada. Enchufe un cargador micro USB al conector del Powerboost. Debería tardar un poco más de dos horas en cargarse completamente desde vacío. Busque que el pequeño LED verde se encienda cuando esté completamente cargado, debería poder verlo a través del espacio.

Vale la pena señalar que es más que una posibilidad llevar consigo un paquete de energía. El Powerboost tiene una administración de energía completa y puede cargar la batería y alimentar la cámara al mismo tiempo. Si está cerca de un tomacorriente, no hay nada que le impida conectar un cargador USB a la cámara para una grabación sin fin. Solo asegúrese de que tanto la fuente de alimentación como el paquete de baterías puedan suministrar 2A o más.

Paso 8: El clima británico

Algunas cosas no se pueden controlar

Taaaaan, está nublado.

Podría ser peor, supongo.

Al menos no está lloviendo.

Todavía.

Oh. No. Espera, ahora está lloviendo.

Paso 9: Mi primer intento en astrofotografía

Si bien la luna es visible en el cielo por la mañana, en ese momento decidí probar la cámara, y yo mismo, durante las horas del día para poder ver lo que estoy haciendo. Siendo nuevo en esto, sentí que era mejor hacerlo durante el día.

Después de configurar el telescopio e instalar la cámara en la diagonal, encendí la cámara, me conecté al punto de acceso WiFi, cargué mi navegador y luego comencé a buscar la luna (si estás en tu teléfono móvil como yo, encontré Tuve que apagar los datos móviles, de lo contrario, el teléfono no se conectaría al servidor web RPi e intenté salir a través de la red de datos móviles).

Como nunca antes había hecho esto, no estaba muy seguro de lo que estaba haciendo. Para comprobar que la cámara funcionaba, cubrí el frente y confirmé que la cámara está funcionando cuando la imagen se oscureció en mi teléfono. A continuación, simplemente moví el telescopio en busca de un cambio en la luz o un punto de luz. Efectivamente encontré uno y después de algún tiempo jugando con los controles del telescopio logré tenerlo a la vista.

El siguiente es el enfoque. El telescopio tiene un rango focal grande y al girar las perillas de enfoque en la parte posterior se enfoca fácilmente la luna (originalmente intenté esto sin la diagonal, pero descubrí que no había suficiente recorrido y requería la distancia adicional proporcionada por el cambio de dirección).

Ahora que tenía la luna en el plano, tomé algunas fotografías. Como puede ver en las imágenes adjuntas, hay mucho polvo y suciedad en el camino de la luz. ¡En toda mi emoción me olvidé de limpiar las lentes y el espejo diagonal! También hay un tono rojo, no estoy del todo seguro de qué está causando esto en este momento …

Le daré un buen polvo al telescopio e investigaré los mejores ajustes para la cámara en preparación para mi próxima mirada hacia arriba …

Las imágenes se han ajustado en Photoshop. Todo lo que he hecho es utilizar la función de tono automático de imagen incorporada de Photoshop. He adjuntado todas las imágenes sin editar sin editar como un archivo zip.

La hora y la fecha que se muestran en las fotos son incorrectas ya que no hay RTC en la cámara. Las imágenes fueron capturadas en la mañana del 19 de noviembre de 2016 aproximadamente a las 0900 UTC.

Paso 10: Ideas brillantes…

En los días intermedios entre la lluvia, las nubes y el sol, dibujé un diseño rápido para colocar un filtro solar en el telescopio. El filtro está diseñado para telescopios con un protector de rocío de hasta 100 mm (4 ) de diámetro y también incluye una caja para mantener el filtro seguro cuando no está en uso.

Descarga desde thingiverse.com |

¡Mancha de sol

Esperé unos días a que saliera el sol, coloqué el filtro en el telescopio y apunté hacia el cielo. Le di a las lentes y a la diagonal una buena limpieza antes de colocar la cámara.

Uno debe ser excepcionalmente cuidadoso y nunca mirar directamente al sol, ¡eso sería una tontería!

De espaldas al sol, configuré el telescopio, coloqué el filtro y coloqué la cámara. Cuando tuve el sol a la vista, ¡descubrí que había una mancha de sol! Traté de enfocarme lo mejor que pude antes de tomar algunas fotografías. También logré algunos videos.

Sigo teniendo problemas para enfocar la cámara, no estoy seguro si esto se debe a mi incapacidad para usar el enfoque del telescopio correctamente o si hay demasiada neblina, o si es algo más. Hay un poco de bamboleo, incluso solo por el viento que mueve el telescopio.

He notado que el resplandor rojo ha desaparecido, pero nuevamente, eso podría deberse a que estoy apuntando directamente al telescopio.

Lo intentaré en la oscuridad a continuación …

Las imágenes fueron capturadas en la tarde del 25 de noviembre de 2016 aproximadamente a las 1300 UTC.

Paso 11: El loco está en la hierba

Han pasado casi tres semanas desde que las condiciones eran las adecuadas para llevar el alcance al exterior.

¡Esta vez está oscuro! Tomando mis aprendizajes de las dos salidas anteriores, logré obtener algunas buenas fotos y algunos buenos videos también.

Todavía tengo problemas con el enfoque y el tono rojo. Si alguien sabe cuál es la causa, realmente me gustaría saberlo.

Creo que necesito un trípode más ridículo para ayudar con el bamboleo, o un enfocador motorizado ………

Las fotos y videos se tomaron el 14 de diciembre de 2016 a las 1830 UTC.