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오픈소스 천체 추적기 - 스테핑 모터의 구동
글쓴이 : 이형철 별님 날짜 : 2013-07-09 (화) 09:48 조회 : 8428
본 프로젝트는 천체 추적기를 누구나 값싸게 자작할 수 있도록 제작 과정을 설명하고 설계도와 부품 구입처를 공개합니다.

제가 선택한 스테핑 모터는 바이폴라 400 스텝 2A 짜리 제품입니다.

스테핑 모터는 정밀한 각도 조절이 가능하며 정지시 각도를 유지하는 특성으로 인해 대부분의 적도의에서 사용됩니다.

스테핑 모터의 구동은 16 마이크로스테핑이 가능한 Big Easy Driver를 사용했습니다.
마이크로스테핑이란 인접 상간의 여자 전류를 고루 정현파적으로 변화시켜 기본 스텝각의 중간 영역에서도 위치 설정을 가능하게 하는 구동 방식입니다.
조금 더 쉽게 설명하면 모터 구동 전류를 한쪽 극에 1 다른 쪽 극에 0과 같이 부여하는 것이 아니라 한쪽 극에 0.3 다른쪽 극에 0.7과 같이 에메한 전류를 부여하여 회전자를 양쪽 극의 중간 쯤에 순차적으로 위치하도록 하는 기술입니다.
이렇게 하는 것이 저속에서 진동과 소음을 줄이기 때문에 최근 적도의에서는 대부분 이 방법을 사용합니다. 그러나 컨트롤러의 구현이 어렵고 탈조의 위험이 있습니다.
 
펄스 생성은 아두이노 나노를 사용했습니다.
모터 드라이버 제조사의 설명대로 임시로 간단하게 테이프로 전선을 연결했습니다.
 
 

자동차용 12V 전압을 공급하자
 
두둥! 잘 돌아가네요.
https://plus.google.com/103020158519614073686/posts/3MCEWRsvLgA
Easy Big Driver는 스테핑 모터의 1스탭을 16 마이크로스텝으로 나누어서 컨트롤할 수 있는
드라이버이기 때문에 400*16 = 6,400 개 펄스당 모터가 한 바퀴 회전합니다.
또한 제가 구입한 기어는 192 Teeth 짜리이므로 전체 시스템에서 1펄스당 1/1,228,800 바퀴 회전하게됩니다.
1 항성일은 23.9344696 시간. 즉 86,164.09056 초 이므로
1초당 펄스 수는 14.261161372606031484120848591244 개
펄스 주기는 70.12051640625 ms 가 되겠습니다.
 
아두이노는 25 MHz로 동작하므로 이 정도 해상도의 펄스를
충분히 만들어낼 수 있습니다.
이제 배선을 정리하고 납땜 해야겠습니다.
 
남은 일은
삼각대와 카메라 연결
극축 망원경 달기 & 광축 맞추기
 
그리고 기다리던
실전 테스트!

어재규별님 2013-07-10 (수) 01:53
혹시 마이크로스텝핑을 쓸때의 단점같은게 있나요? 컨트롤러 구현이나 탈조위험때문에 그냥 감속기어 쓰는건가요??
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최정순별님 2013-07-10 (수) 10:00
14.261161372606031484120848591244 이거 보는순간 제 영역 밖 ㅋㅋ
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최고관리자별님 2013-07-10 (수) 14:48
재규:
나도 모터 쪽의 전문가는 아니지만 마이크로 스테핑이 정확하게 동작하리라는 보장이 안된다는 거지.
예를 들어 1/16 스텝에서 한쪽 극과 다른쪽 극이 정확히 sin (1/16) cos(1/16) 만큼 전류를 가한다고 해도
회전자가 정확히 1/16 위치에 고정되어있을지는 알 수 없는거지.
예를 들어 계속 0/16 위치에 있다가 3/16 스텝 부터 계단 형태로 움직일 수 도 있는 것이고.

최정순 별님:

간단합니다.
1바퀴 = 1,228,800 펄스 = 86,164.09056 초 이므로

1초당 펄스 수는
1,228,800 펄스 / 86,164.09056 초 = 14.261161372606031484120848591244 펄스/초
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어재규별님 2013-07-10 (수) 17:19
예. 전류가 애매하게 0.3 0.7 이런식으로 들어간다길래 정확도를 보장할수 있는지 궁금했어요...
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최정순별님 2013-07-10 (수) 22:17
하루가 23.9344696시간이라는것도 처음 알았네요 ㅠㅠ 이거 외워두면 유식해 보일듯23.9344696  23.9344696  23.9344696
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어재규별님 2013-07-11 (목) 15:30
지구가 옆으로 계속 움직이고 있어서(공전) 어제 본 태양을 오늘도 보려면,
하루 한바퀴 자전한 다음에, 공전한 만큼 조금 더 자전해야 합니다.
(1년동안 360도 공전하니까 하루에 1도정도 옆으로 움직인만큼 몸을 더 돌려줘야함.)
별은 이런 방향적 차이가 없으니 하루 한 바퀴를 돌면 제 자리에 오고요.
이 둘(해와 별)의 시간차이가 4분정도 납니다. (태양기준이 별보다 4분 더 김)
태양기준으로 하루 24시간을 맞춰야하니 별은 4분정도 느린 약 23시간 56분 = 23.93xxxx시간 = 86164.xx초가 되고요.
(태양일, 항성일 둘 차이를 검색해보시면 더 정확한 설명이 있을것 같습니다.)

망원경은 별을 추적해야하니까 하루 23.9xxx 시간동안 마운트를 한 바퀴 돌려주면 추적이 됩니다.
형철별님이 사용하는 모터는 펄스 400개에 한 바퀴를 돌려주는 모터인데, 제어회로에서 1/16속도로, 400x16= 6,400개 한 바퀴.
이 추적장치에서는 웜기어가 192바퀴 돌때 마운트가 하루 한바퀴를 도는거니까,
모터와 웜기어를 1:1속도로 연결한다면 6,400x192= 펄스 1,228,800개에 마운트가 한 바퀴 돕니다. (23.9xxx 시간동안)
(중간에 다른 기어가 또 들어가면 그만큼 곱하고 나누고 해주면 됩니다.)

1,228,800 / 86,164 = 이렇게 나눠보면 1초에 펄스 약 14개 들어가야하고,
1 / 14 = 0.07초, 약 70밀리초에 한 번씩 펄스를 주면 마운트가 하루에 한 바퀴씩 돌고 돌고 돌아서 별을 추적합니다.
태양을 추적할때는 그대로 24시간/1바퀴, 달을 추적할때는 24시간50분/1바퀴 돌려주면 잘 따라갑니다.

기본 원리는 이러하니, 최정순님도 이제 천체추적기를 만드실수 있습니다?! 그러면 더 유식해보일거에요~~
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최정순별님 2013-07-11 (목) 19:10
재규별님, 형철별님 많이 유식하십니다.
천체 추적기라! 목표가 하나 생기네요... ^^...
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