树莓派行星观测器

最近的日环食吸引了一大波天文爱好者。在我所居住城市的科技中心大楼外就有一台大型的天文望远镜，它可以鸟瞰宇宙中的其他星球。我一直认为那些真实存在、又遥不可及的外太空与微小的我有着某种神秘的联系。

近日，我准备用树莓派和天文望远镜复制一台智能的行星观测器。从 NASA 获取已知行星的坐标数据，然后这台仪器就可以自动调整角度，聚焦这颗行星，让我可以很方便地观测它们。相信它将很好地带你观看和感受地球之外的外太空世界。

https://v.qq.com/x/page/h31029hzqvr.html

材料清单

树莓派 3B × 1
16x2 LCD 屏幕 × 1
带驱动器的步进电机 28-BYJ48 × 2
按钮 × 3
法兰联轴器 5mm × 2
按钮指南针 × 1
M3 螺栓/螺母 × 8
3D 打印外壳 × 1
3D 打印望远镜 × 1

行星坐标数据

这里将介绍两种定位行星的方法。
1、使用水平坐标系。它可以从北方（方位角）向上方倾斜和从地平线（高度）向上方倾斜，因此是以你的位置而定，所以角度会有所不同。此方法以北方作为参考。

请点击链接查看：
https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal_coordinate_system

2、将树莓派连上 WiFi 后，直接连接到 NASA 获得数据。

访问行星数据
从 NASA 喷气推进实验室（JPL）获取数据：
https://ssd.jpl.nasa.gov/?horizons

访问数据前需要安装 AstroQuery 库，用于查询行星网络表单和数据库的工具。
请点击下载安装：
https://astroquery.readthedocs.io/en/latest/jplhorizons/jplhorizons.html

请确保安装最新版本的 Raspbian（我使用的是3.7.3版）。打开终端运行命令：

sudo apt install python3-pip

然后使用 pip 安装 astroquery 的升级版本。

pip3 install --pre --upgrade astroquery

在继续完成项目前，请使用简单的 Python 脚本访问该数据，确保正确安装了所有的依赖项。

from astroquery.jplhorizons import Horizons
mars = Horizons(id=499, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')
eph = mars.ephemerides()
print(eph)

接下来会显示火星的详细位置。

请点击该链接查看火星定位是否正确：
https://theskylive.com/planetarium

为了方便查询，我会做简化处理。其中 id 表示是 JPL 数据中与火星的数据，epochs 表示获取数据的时间，id_type 表示询问太阳系主体。“000”在格林威治天文台的位置代码中表示英国的位置。其他位置可点击查看：
https://minorplanetcenter.net//iau/lists/ObsCodesF.html

故障排除：
如果出现报错：No module named 'keyring.util.escape'
可以在终端中输入以下命令：

pip3 install --upgrade keyrings.alt

编程

为了找到精确的坐标数据，在 getPlanetInfo 方法修改位置信息（使用上一步中的天文台的列表修改这里的 location）

def getPlanetInfo(planet):
    obj = Horizons(id=planet, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')
    eph = obj.ephemerides()
    return eph

完整的 python 脚本，请在项目文件库中下载：
https://make.quwj.com/project/240

连接硬件

在该步骤中，要连接面包板、跳线、两个步进电机、LCD 屏幕和三个按钮。

在树莓派上找到引脚，在终端上输入

pinout

它会可以显示 GPIO 编号和板子编号。
连接方式如下：
第一个进电机 - 7、11、13、15
第二个进电机 - 40、38、36、32
按钮 1 - 33
按钮 2 - 37
按钮 3 - 35
显示屏 - 26、24、22、18、16、12

全部连接后，运行 python 脚本

python3 planetFinder.py

在屏幕上会显示设置文本，并且按钮可以启动步进电机。

3D 打印外壳

1、3D 打印外壳。





所有打印 STL 文件，请在项目文件库下载：
https://make.quwj.com/project/240

2、测试外壳




外壳组装到位后，进行其他组件的安装。将按钮安装到位，固定显示幕和步进电机，打磨外壳，确保所有组件都能正常使用。

安装电子组件

1、安装步进电机



步进电机将控制位于外壳上方的望远镜的仰角，因此需要延长电线以便旋转。请如图进行安装。

接线完成后，运行 python 脚本，检查是否一切正常。

然后将电线放回管内，直到步进电机就位，再将步进电机固定在外壳上，然后将外壳粘合。

2、安装按钮和 LCD 屏幕

如图所示安装按钮，在焊接前使用螺母使其固定到位。

再使用 M3 螺栓和螺母固定 LCD 显示器。请将 LCD 其中一个引脚焊接到电位计上。


在将所有的组件粘合之前，再次测试代码，确保所有能够正常工作，因为该阶段更容易修复。

3、添加法兰联轴器

将 3D 打印的底座连接到步进电机。

将法兰联轴器安装在步进电机的顶部，并用螺钉固定到位。

将望远镜安装到旋转塔顶上的电机很简单，因为有足够的空间可以将小螺钉固定到位。

一个法兰器粘连在旋转塔架的底座上，另一个安装在望远镜上。

再次测试，如果有问题，马上修复并确保所有连线正确。

启动

因为想把它独立运行，而不是每次手动代码寻找行星，因此将其设置为在树莓派开启时运行代码。

在终端中输入。

crontab -e

在打开的文件中，在文件末尾，另起一行输入。

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

代码保存在 PlanetFinder 文件夹中，因此文件位置为： /home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py。如果你保存在其他地方，请在此处更改。

说明：它允许代码在后台运行，因此它在启动时不会阻止其他进程。

完成组装


将小指南针添加到旋转底座的中间，最后，将所有的组件安装到位。

使用方法

1、当望远镜开始启动时，调整垂直轴。按下向上和向下按钮可以移动望远镜，调整好后按下 OK 按钮即可（位于底部）。

2、调整旋转角度，使用按钮旋转望远镜，直到小指南针将望远镜指向北，然后按下 OK 按钮即可。

现在，你可以使用向上、向下按钮选择行星，确定好后按下 OK 按钮即可。它将显示选定行星的高度和方位角，指向它几秒后再转向北。

目前为止，项目就完成了。你会去寻找哪一颗行星呢？！