Previous Next

Párhuzamos (LPT) portról vezérelt, léptetőmotorral meghajtott, ASCOM-kompatibilis fókuszírozó

Bevezetés

A digitális (DSLR-rel vagy CCD-kamerával végzett) asztrofotózás egyik fő problémája a fókuszálás kérdése. Világos, hogy jó minőségű képet csak nagyon pontosan a távcső fókuszsíkjába helyezett detektorral lehet készíteni. A fókusz megtalálása azonban nem könnyű feladat. Annál nehezebb, minél fényerősebb a távcsövünk. A fókuszálási nehézséget jelzi az ún. kritikus fókusz zóna (CFZ) nevű, távcsövünkre jellemző mérőszám, ami annak a zónának a méretét adja meg, amelyen belül kell elhelyezkedjen a detektor ahhoz, hogy tökéletesen fókuszált képet rögzítsen. A CFZ-t egy egyszerű képlettel számíthatjuk ki:

ahol F = f/D, vagyis az objektív fókuszának és átmérőjének hányadosa. Míg egy f/10 fényerejű refraktor esetén a CFZ értéke 220 mikron (0,22 mm), addig fényerős Newton-távcsövek esetében f/5 fényerőnél 55 mikron, f/4-nél pedig már csak 35,2 mikron. A számokból nyilvánvaló, hogy nem kis feladat ennyire pontosan megtalálni a fókuszsíkot. Kevéssé fényerős műszereknél is csak tizedmilliméterekről van szó, de fényerős távcsövek esetében már századmilliméter nagyságrendű pontosságot kell elérnünk!

Fókuszálás optikai segédeszközökkel

A problémának több megoldása is létezik. Használhatunk speciális optikai eszközöket, pl. az ún. késél-fókuszírozót. Ez egy okulárszerű eszköz, ami a kihuzatba helyezve a segít a tökéletes fókusz megtalálásában. Ekkor rögzítjük a fókuszírozót, majd a késél-fókuszírozó eszközt eltávolítjuk a kihuzatból, és felszereljük a kamerát. A dolog hátránya, hogy a késél-fókuszírozót előzőleg pontosan a kameránk aknamélységére (Canon EOS-nál pl. a bajonettgyűrűvel együtt 55 mm) kell kalibrálnuk, ráadásul kétségeim vannak annak tekintetében, hogy a kamera felszerelése közben századmilliméternyit sem fog semmi elmozdulni. Ezen kívül egy ilyen eszköz nyilván nem túl olcsó, és a kamera állandó le- és felszerelése miatt meglehetősen macerásnak tűnik a fókusz ellenőrzése később (amire pedig a hőtágulás miatt nyilván szükség van bizonyos időközönként).

Egy másik lehetőség a Hartmann-maszk különböző változatainak használata. Ennek legegyszerűbb formája a tubus porvédő sapkájából készíthető el oly módon, hogy egymással átellenben két egyforma méretű lyukat vágunk rá (kitakarással rendelkező tükrős távcsövek esetén vigyázva arra, hogy a lyukak szabad tükörfelületre nézzenek, vagyis ne takarjon ki belőlük semmit a segédtükör). 20 centis Newton esetén általában két darab 5-6 cm átmérőjű lyuk fér el a porvédő sapkán (létezik olyan porvédő sapka is, amin már eleve ki vannak vágva a lyukak). Az ilyen Hartmann maszkot felhelyezve egy csillag képét mindaddig kettőzve látjuk az okulárban, amíg nincs pontosan fókuszírozva a távcső: ekkor a csillag képei összeolvadnak. Kamera fókuszálásakor természetesen nem okuláron át nézelődünk, hanem próbafelvételeket készítünk, és a csillagra zoomolunk a képen. Ahogy egyre közelebb jutunk a fókuszhoz, először két csillagot látunk, majd ezek ovális formában kezdenek összeolvadni. A fókuszt akkor találtuk meg, ha már csak egy darab, és kerek csillagot látunk.

Számítógépes autofókusz motororizált Crayford-fókuszírozóval

Akármilyen módszert választunk is, alapvető fontosságú, hogy pontosan és finoman mozgó fókuszírozónk legyen. Véleményem szerint nyugodtan kijelenthető, hogy a fogasléces fókuszírozók (különösen bizonyos kínai darabok) alkalmatlanok asztrofotográfiai felhasználásra. Az általánosan elterjedt megoldást e tekintetben a Crayford-típusú fókuszírozók jelentik. De még egy precíz Crayford-dal is nehéz és időigényes dolog a kézi fókuszálás. Szerencsére azonban ezek könnyen motorizálhatók, a motorok pedig egy megfelelő interfészen keresztül egyszerűen vezérelhetők számítógép segítségével. Innen pedig már csak egy lépés a számítógépes autofókusz megvalósítása. A legtöbb félprofesszionális asztrofotográfiai program (mint pl. a MaxDSLR) implementál ugyanis valamilyen autofókusz-algoritmust. A motoros fókuszírozónk részéről csak annyi elvárásuk van, hogy számítógépről lehessen távvezérelni, és létezzen hozzá egy ASCOM-standard szerint működő driver. Az autofókusz-algoritmusok meglehetősen egyszerű elven működnek: azt használják ki, hogy a leképezett csillagok képe annál kisebb, minél közelebb volt a detektor a kép készítésekor a távcső fókuszsíkjához. Nem szükséges tehát semmi más segédeszköz a fókuszáláshoz, bár elvileg egyszerűen ki lehetne használni pl. a Hartmann-maszkok előnyeit is ilyen módon, de nincs tudomásom olyan programról, ami ezen az elven működik (persze biztos létezik).

A továbbiakban egy egyszerű módszert fogok leírni arra, hogyan lehet egy meglévő Crayford típusú fókuszírozót házilag motorizálni oly módon, hogy alkalmas legyen a számítógéppel vezérelt autofókuszálásra. Az alapvető szempont az egyszerűség volt, tehát az, hogy bárki könnyen megcsinálhassa saját maga, lehetőleg minél kisebb anyagi ráfordítással. Igyekeztem olyan módon leírni a dolgokat, hogy kezdők is felhasználhassák, elnézést kérek tehát a "profiktól" a kissé "szájbarágós" stílus miatt. Azt is szeretném jelezni, hogy igyekeztem kerülni a bonyolult elektromérnök-szakzsargont az érthetőség kedvéért. Ezt annál is könnyebben megtehettem, mivel magam sem ismerem :-) Szíves elnézést kérek tehát minden olyan olvasótól, aki nálam nagyobb képzettséggel rendelkezik a hobbielektronika területén, ha nem a fizikailag legprecízebb fogalmazással találkozik. Azért súlyos dezinformációt azt hiszem, nem fogok elkövetni ezáltal.

Amint az egy motoros fókuszírozó esetén nem túl meglepő, először is szükség van hozzá egy motorra. Sokféle elektromos motor létezik, de a legegyszerűbb az ún. léptető (stepper) motorok használata. Az autofókusz-programok ugyanis azt igénylik, hogy egy bizonyos, számmal megjelölhető pozícióba "küldhessék" a fókuszírozót, tehát pl. 5 lépéssel befelé vagy kifelé. Léptetőmotor használata esetén, mivel az ilyen motor diszkrét kis lépésekben (nem pedig folyamatosan) forog, ez már eleve adott, a motorvezérlő drivernek csak számolgatnia kell a lépéseket, így mindig "tudja", hol áll a fókuszírozó. Először is szereznünk kell tehát egy léptetőmotort. Ezt nulla anyagi ráfordítással is könnyen megtehetjük, ugyanis a széles körben alkalmazzák őket pl. nyomtatókban a papír továbbítására. Nem kell mást tennünk tehát, mint találni egy helyet (irodát, intézményt, számítástechnikai boltot), ahol régi nyomtatókat selejteznek le. Egy csavarhúzóval felfegyverkezve könnyen hozzájuthatunk álmaink fókuszírozójának leendő lelkéhez.

A léptetőmotorok típusai

Nem minden léptetőmotor lesz tökéletesen megfelelő céljainknak, ezért célszerű három-négy darabot is hazavinni. Ahhoz, hogy megállapíthassuk, melyik léptetőmotor lesz számunkra megfelelő, érdemes tudni néhány dolgot a léptetőmotorok működéséről. Szerencsére nem túl bonyolult szerkezetek, némi egyszerűsítéssel azt mondhatjuk, hogy összesen két alapvető szerkezeti elemük van (mint az elektromos motoroknak általában). Az egyik a motor mozgó része, a rotor, a másik pedig az álló rész, amit stator-nak is neveznek. A stator kettő vagy több tekercset tartalmaz, a rotor pedig egy vasdarabot (ennek közepén van a motor tengelye), ami vagy eleve mágneses, vagy nem. Ha a tekercsek közül valamelyik áramot kap, akkor egy helyes kis mágneses mező épül fel körülötte, ami a megfelelő irányba állítja (vonzza) a rotort. A motor ezt követően nem mozog tovább, hanem ebben az állásban marad, mindaddig, amíg az áramot át nem kapcsoljuk a következő tekercsre. Ekkor a rotor továbbfordul (lép egyet). A léptetőmotorokat többféle szempont alapján csoportosíthatjuk. Az egyik ilyen szempont az, hogy a rotoron levő vas egy állandó mágnes-e, vagy sem. Ezalapján megkülönböztethetünk mágnes nélküli (angolul variable reluctance) és állandó mágnesű (angolul permanent magnet) motorokat. (Vannak még ún. hibrid motorok is, de ezek a motorvezérlő elektronika szempontjából megkülönböztethetetlenek az állandó mágnesű motoroktól, úgyhogy itt nem foglalkozunk velük külön.) Egy másik csoportosítási szempont az hogy hány fázisban működik a motor, vagyis hogy a motorvezérlő elektronika általt diktált lépésszekvencia hány lépésenként ismétlődik. Ez alapján léteznek 3-, 4-, 5- vagy több fázisú motorok. Azt, hogy hány fázisú a motor, alapvetően a benne levő tekercsek száma ill. azok kapcsolási módja határozza meg. A motorok harmadik lehetséges felosztási módja ezen a kapcsolási módon alapul. Ez alapján a háromfázisú motorok lehetnek ipszilon-, vagy deltakapcsolásúak, a négyfázisú motorok pedig unipoláris, bipoláris, vagy bifiláris kapcsolásúak. Az öt- és többfázisú motorok esetén a kapcsolás szintén lehet bifiláris, de előfordulnak a háromfázisúak delta- és Y-konfigurációihoz hasonló delta- és ipszilon-csillagkapcsolású motorok is.

A háromfázisú motorok többnyire az állandó mágnes nélküli motorok közül szoktak kikerülni. Három tekercs van bennük. Delta-kapcsolás esetén a három tekercs egy háromszöget alkotva van összekapcsolva. A motornak ilyenkor három kivezetése van, amelyek mindegyike két tekercs közös pólusának felel meg. Y-kapcsolás esetén mindhárom tekercs egyik vége ki van vezetve a motoron kívülre, a tekercsek másik vége pedig egyszerűen össze van kötve a motoron belül. Az ilyen motornak lehet három, vagy négy kivezetése is (utóbbi akkor, ha a közös pólust is kivezetik a motoron kívülre). Egyébként ha szétszednénk egy ilyen háromfázisú motort, meglepődve tapasztalhatnánk, hogy látszólag nem 3, hanem 6 tekercs van benne. Ez azonban csak azért van, mert az egymással szemben levő tekercsek tulajdonképpen ugyanazon tekercs két végét alkotják.


3 fázisú, mágnes nélküli léptetőmotor

A négyfázisú motorokban éppenséggel lehetne négy tekercs is, de a gyakorlatban csak kettő van bennük, amelyek mindegyike azonban ugyanúgy "két darabban" van, mint a háromfázisú motoroknál, tehát tekinthetjük őket négy tekercsnek is. A tekercsek kapcsolását bipolárisnak hívjuk, ha mindkét (egész) tekercs mindkét végét kivezetik a motoron kívülre. Ilyenkor tehát a motornak 4 kivezetése van. Unipoláris kapcsolás esetén a két tekercs "közepét" (az egy tekercshez tartozó féltekercsek határát) összekötik egy közös pólussá, és ezt a közös pólust a féltekercsek szabad végeivel együtt kivezetik, tehát a motor összesen 5 kivezetéssel rendelkezik. Ennek a kapcsolásnak létezik egy olyan változata is, amikor a két tekercs felezőpontjait külön vezetik ki, ami összesen 6 kivezetést eredményez (ilyenkor a motoron kívül hozhatjuk létre a közös pólust, a megfelelő két kivezetés összekötésével). A bifiláris kapcsolásnál a "féltekercsek" függetlenítve vannak egymástól, tehát itt valóban négy tekercs van, és minden tekercs minden végét külön kivezetik, ami összesen nyolc kivezetést eredményez. Az ilyen bifiláris motorokat tetszés szerint használhatjuk bipolárisként és unipolárisként is, ha a kivezetések közt a motoron kívül létrehozzuk a megfelelő kapcsolatokat. Tulajdonképpen a hat kivezetéses unipoláris motorok is mind bifilárisként vannak kapcsolva a motoron belül, csak a motorra külön rá van szerelve egy kis lapka, ami aztán csak a megfelelő hat kivezetést "engedi ki" a motoron kívülre.


4 fázisú, állandó mágnesű, unipoláris (balra), bipoláris (középen) és bifiláris (jobbra) léptetőmotor

Ötfázisú motorok esetén a kapcsolás bifiláris, ha mind az öt tekercs mindkét végét kivezetik, ami összesen 10 kivezetést jelent. Y-csillag a kapcsolás, ha az öt tekercs egyik vége közös pólusra van kötve, a másik pedig kivezetve, ilyenkor 5 vagy 6 kivezetést láthatunk a motoron attól függően, hogy a közös pólust is kivezetik-e. A delta-csillag kapcsolás egy ötágú csillag alakú kapcsolási rajzot eredményez, ilyenkor az 5 kivezetés mindegyike két nem szomszédos tekercs egy-egy végéhez tartozik. A többfázisú motorok esetén hasonló a helyzet, csak a kivezetések száma változik a tekercsek számának és a kapcsolási módnak megfelelően. Az öt- és többfázisú motorok azonban drágábbak, ezért valószínűtlen, hogy ilyenekkel találkoznánk régi nyomtatókban.


5 fázisú léptetőmotorok lehetséges kapcsolási módjai

Még egy lényeges adata van a motoroknak, amiről szólnunk kell, ez a lépésszög (step angle). A motor annál kisebb szöggel fordul el lépésenként, minél több fázisú (vagyis minél több tekercse van), illetve minél több foga van a rotornak. Az állandó mágnesű motorok rotorján levő mágnes ugyanis nem egy egyszerű dipol-rúdmágneshez hasonló, hanem inkább több, csillag alakban "keresztbe tett" rúdmágneshez, ahol a fogaskerékszerű rotor szomszédos fogai különböző mágneses polaritással bírnak (északi-déli-északi-déli... pólusok sorakoznak váltakozva). Ha pl. egy négyfázisú motor rotorjának 24 foga van, akkor egy lépéssel csak 15 fokot fordul el. Nem ritkák a 7,5 fokos lépésszögű motorok sem, sőt előfordulnak 1,8 fok, vagy még annál is kisebb lépésszögű motorok is, bár ez utóbbiak már inkább a drágább 5- vagy többfázisú motorok közül kerülnek ki.

A léptetőmotorok meghajtása

A léptetőmotorokat működésre bírni nem olyan egyszerű, mint a sima DC motorokat, ahol csak rá kell kötnünk némi feszültséget a két pólusra és máris forog a motor. Itt pontosan a megfelelő sorrendben kell feszültséget adni a tekercsekre, vagyis nekünk kell diktálni a ritmust a motor számára. Vegyünk például egy négyfázisú, unipoláris motort, amelynek (fél)tekercseit jelöljük a rotor körül haladva sorban A, B, C és D betűkkel. Annak alapján, hogy mely tekercs(ek) milyen sorrendben kerül(nek) áram alá egy időben, az alábbi lépésszekvenciákat alkalmazhatjuk:

1. Normál (egytekercses) mód:
Ilyenkor egyszerre csak egy tekercs kap áramot. A sorrend [A]-[B]-[C]-[D]... (illetve fordítva, ha ellenkező irányban akarjuk forgatni a motort). A motor ilyenkor minden lépésben a névleges lépésszögével fordul tovább.

2. Erős (kéttekercses) mód:
Egy időben mindig két szomszédos tekercs van feszültség alatt. A sorrend [A+B]-[B+C]-[C+D]-[D+A]... (illeve fordítva). Valamivel nagyobb forgatónyomatékot ad, mint a normál mód, mivel a két tekercs együtt nagyobb erővel vonzza a rotort, ugyanakkor a motor értelemszerűen kétszer annyit fogyaszt. A motor ilyenkor is a névleges lépésszögével fordul tovább minden lépésben.

3. Féllépéses mód:
Az előző két mód kombinációja. Felváltva vagy csak egy, vagy pedig két szomszédos tekercs kap áramot egy időben. A szekvencia: [A]-[A+B]-[B]-[B+C]-[C]-[C+D]-[D]-[D+A]... (vagy fordítva). Ilyenkor a motor egy lépésben csak feleakkora szöggel fordul el, mint amekkora a névleges lépésszöge, ami finomabb működést eredményez.

4. Mikrolépéses üzemmód:
Míg az első három üzemmód ugyanazzal az egyszerű vezérlőelektronikával megvalósítható, addig a mikrolépéses mód lényegesen bonyolultabb vezérlést igényel, ezért itt a továbbiakban nem lesz szó róla. A később leírt egyszerű vezérlés nem alkalmas a mikrolépéses módra, csak a teljesség igénye miatt írom le azt röviden. A lényege az, hogy ilyenkor két szomszédos tekercsen különböző, pontosan regulált erősségű áram folyik keresztül. Az egyik tekercsen átfolyó áram erőssége szinuszfüggvény, a másik koszinuszfüggvény alakjában változik, aminek hatására a kialakuló mágneses mező által kifejtett eredő vonzóerő a rotor fogait nem csak pontosan egy tekercs irányába, vagy két tekercs távolságának felezőpontja irányába tudja befordítani, hanem a reguláció pontosságától függően még több köztes állásba is. Az ilyen vezérlések általában 32 vagy 64 további mikrolépésre osztják fel így az eredeti lépésszöget, ami nagyon finom, folyamatos működést eredményez. A mikrolépéses mód egyébként nagyon jó minőségű, vibrációmentes léptetőmotort igényel, különben mikrolépéses vezérlés ide vagy oda, a motor hajlamos "rángatni" az eredeti teljes lépések helyének megfelelően.

A négynél kevesebb vagy több fázisú motorok is hasonló elvek alapján működtethetők, csak a szekvenciák hossza változik a fázisok (tekercsek) számának megfelelően. A négyfázisú bipoláris motorok annyival trükkösebbek, hogy mivel ezeknél a két tekercs nincs kettéosztva (pontosabban ketté van, csak a tekercsek felezőpontja nincs kivezetve), csak úgy lehet a négy fázist létrehozni, hogy a tekercsekben folyó áram irányát is változtatni kell időnként (ami felcseréli a mágneses pólusokat az adott tekercsen). Ez valamivel bonyolultabb elektronikát igényel, de innentől kezdve a működési elv már hasonló: a fenti szekvenciák "A" és "C" tekercsének a bipoláris motor egyik tekercse felel meg a kétféle polaritással, a "B" és "D"-nek pedig a másik.

Milyen léptetőmotort válasszunk?

Lehet, hogy ez első hallásra bonyolultnak tűnik, de akármelyik léptetőmotort is vesszük, a működési elv azonos. Ha a megfelelő sorrendben megfelelő irányú áram alá helyezzük a tekercseket, a motor kis ugrásokkal forogni kezd. A régi nyomtatókban egyébként szinte kivétel nélkül csak kétféle léptetőmotor szokott előfordulni: a négyfázisú állandó mágnesű unipoláris, és az ugyancsak négyfázisú, állandó mágnesű bipoláris fajta, ezért a továbbiakban csak ezekkel foglalkozunk. Ha kézbe veszünk egy ilyen motort, két dolgot tudunk róla azonnal megállapítani. Ha ugyanis kézzel megforgatjuk a tengelyét, állandó mágnesű motornál érezhetjük a "lépéseket", ezzel szemben a mágnes nélküli motorok többé-kevésbé simán forgathatók körbe, ha nincsenek áram alatt (ilyennel én még nem találkoztam a nyomtatókban). A másik lényeges szempont a motoron látható vezetékek száma. Ha 4 darab van belőlük, akkor majdnem biztosan 4 fázisú bipoláris motorról van szó (lehetne még 3 fázisú is, de azok általában mágnes nélküli motorok, amit a tengely forgatásával kizárhatunk). Mivel a bipoláris motorokat valamivel bonyolultabb meghajtani (a tekercsekben folyó áram irányának időnkénti változtatására van szükség), hagyjuk az enyészetnek, hacsak nincsenek magasabb céljaink vele (lásd később). Lehetőleg unipoláris motort keressünk, amit arról ismerhetünk fel, hogy 5 vagy 6 vezetéke van. (Nem biztos, hogy négyfázisú unipoláris motort jelent ugyan az 5 vagy 6 vezeték, de mivel az ötfázisú motorok drágábbak, eléggé valószínűtlen, hogy beépítik egy nyomtatóba, ahová egy négyfázisú is tökéletesen megfelel.) A legjobb, ha 5 vezetékes motort találunk, de a 6 vezetékeseket se hagyjuk ott, mert azokkal csak annyi probléma van, hogy egy kicsivel (2 perccel) tovább tart majd később kimérni, hogy melyik vezetékük micsoda. A keresgélésnél a másik lényeges szempont a motor mérete. Nyilván nem jó, ha túl nagy, mert valahogy el kell majd férnie a távcsövön a fókuszírozó mellett. Viszont a túl kicsi sem biztos, hogy jó, mert elég erősnek is kell lennie ahhoz, hogy forgatni tudja a kamera súlyával terhelt fókuszírozó tengelyét. Ne hagyjuk ott azonban az apróbb motorokat sem, mert néha a megtévesztően apró külső meglepően nagy forgatónyomatékú motort takar. Majd csak otthon derül ki, hogy melyik fog beválni.

Ha hazaértünk a sikeres motorvadászatból, nekiállhatunk megállapítani, hogy melyik lesz alkalmas számunkra. Ha ránézünk unipoláris léptetőmotorunkra, látunk ugyan belőle kiállni 5 vagy 6 vezetéket, az azonban nem nyilvánvaló, hogy a motoron belül melyik hova vezet. A vezetékek színkódolásánál ugyanis nem nagyon szoktak semmilyen szabványt követni, ezért nekünk kell kimérni, hogy melyik mire való. Azt, hogy a vezetékek közül melyik hova megy, 5 vezetékes motor esetén úgy lehet kimérni, hogy először kiválasztjuk a legszimpatikusabb vezetéket, majd egyesével megmérjük az ellenállásokat a kiválasztott vezeték és a többi négy között. Ha mind a négy mérés ugyanazt az eredményt adja, akkor a kiválasztott vezeték a közös pólus, a többi pedig a négy tekercs túlsó oldalán levő pólusoknak felel meg. Ha nem, akkor választunk egy másik vezetéket, és újrakezdjük a méréseket. Hat vezetékes motor esetén két vezetéket először találomra összekötünk, és ezzel szemben mérjük meg a többi négy ellenállását az előzőhöz hasonló módon, csak ugye itt több lehetőség van. A tekercsek ellenállása nem túl magas, általában néhány (6-7) és néhányszor tíz (40-50) Ohm között van motortól függően, de egy motoron belül mind a négy (fél)tekercs ellenállása ugyanannyi. A következő ábrán a kétféle négyfázisú unipoláris léptetőmotor kivezetései láthatók:

A saját készítésű motorvezérlő

Ahhoz, hogy a motor forogni tudjon, mindenképpen kell egy okos kis elektronika, ami a megfelelő sorrendben helyezi feszültség alá a motor tekercseit. Lehet készen is venni ilyen léptetőmotor-vezérlő elektronikát, de mivel amúgy is számítógépről akarjuk vezérelni a motort, egyszerűbb, ha maga a számítógép diktálja a motornak a lépések ütemét. Nekünk csak a megfelelő csatlakozót kell elkészítenünk hozzá. A vezérléshez a legegyszerűbb a számítógép párhuzamos (nyomtató-) portját használni. Az újabb laptopokon ez általában hiányzik, de pótolhatjuk egy USB-párhuzamos átalakítóval. Ez ugyan két-háromezer forintos tétel, de van jó hírem is: ennél sokkal többet már nem kell költenünk az egész motoros fókuszírozónkra, mert a többi szükséges alkatrész összesen sem kerül többe pár száz forintnál. Kicsit problémásabb dolog, hogy mostanában elég nehéz olyan USB-párhuzamos átalakítót kapni, aminek a végén olyan 25 tűs csatlakozó van, mint az asztali számítógépek hátulján. Valami zseni kitalálta ugyanis, hogy úgyis printerbe akarjuk majd dugni, ezért eleve olyan csatlakozót tesznek rá (36 tűs Centronics csatlakozót), ami a régi printerkábelek printer felőli oldalán van (mintha csak nyomtatásra lehetne használni a parallel portot). Ráadásul ezek az újabb fajta USB-párhuzamos átalakítóként árult eszközök gyakran csak névleg azok, ugyanis egyáltalán nem hoznak létre egy új, programozható LPT portot a számítógépen, hanem csak egy sima USB eszközként jelentkeznek be, és csak a hozzá kapcsolt printer jelenik meg új hardverként a gépünkön. Az ilyen "modern" USB-párhuzamos átalakítónak csúfolt eszközök sajnos nem alkalmasak fókuszírozónk csatlakoztatására. Létezik azonban még egy megoldás, legalábbis Acer notebookokon biztosan. A laptopoknak ugyanis gyakran olyankor is van beépített LPT portja, ha az nincs a hagyományos 25 tűs aljzattal kivezetve a gép hátulján. Az Acer notebookok hátulján szokott lenni egy ún. port replikátor csatlakozó, és kaphatóak olyan eszközök (port replikátor, illetve Y-kábel néven), amelyek ide csatlakoznak, és 1-2 plusz soros, PS-2 meg USB csatlakozó mellett megajándékoznak egy párhuzamos csatlakozóaljzattal is a beépített LPT1 port használatához. A következőkben feltételezem, hogy a hagyományos 25 tűs párhuzamos csatlakozóval dolgozunk, de később leírom majd a "printercsatlakozós" (36 tűs Centronics csatlakozós) változatot is, hátha valakinek az kell.

A DB25 nevű standard párhuzamos csatlakozónak 25 tűje van, de ebből mindösze ötöt kell majd használnunk, a többi érdektelen. A következő ábrán látható a párhuzamos csatlakozó tűinek kiosztása. Az ábra olyan nézetből ábrázolja a csatlakozó tűit, ahogy azok az asztali gépek hátulján láthatóak, vagyis ugyanúgy, ahogy az oda beilleszthető csatlakozónk forrasztási oldalán lesznek.

Az ábrán zöld színnel jelölt tűk mind a számítógép földjének (GND) felelnek meg, ezek közül használjuk mondjuk a 25. számút. Ezen kívül szükségünk lesz még a D0-D7 jelű (2-9. számú), a párhuzamos port adatvonalainak megfelelő tűk közül 4 darabra (hogy melyik 4-re a 8 közül, az tetszőleges). Íme az elkészítendő motorvezérlő csatlakozónk teljes kapcsolási rajza:

A rajzon bal oldalon találhatók a párhuzamos csatlakozó tűi, ahogyan a forrasztási oldalon láthatóak. A csatlakozó "lelke" egy 16 lábú, ULN2003 (pontosabban ULN2003A) számú IC, amely bármelyik hobbielektronikai boltban beszerezhető (az ára, ha jól emlékszem, 50 forint körül van). A jobb oldalon szaggatott vonallal kerített négyszög a léptetőmotort jelképezi, rajta az öt kivezetéssel, amelyek közül négy vezeték a négy tekercshez (Coil 1-4), az ötödik pedig a közös pólushoz (Common) vezet. (Hat vezetékes léptetőmotor esetén a közös pólust a fentebb leírt módon kimért, két összekötött vezeték alkotja.) A motor számára áramforrásként egy 12V-os akkumulátort tüntettem fel, de csak azért, mert általában ezzel működnek az elterjedtebb távcsőmechanikák, ezért feltételeztem, hogy egy ilyen akkumulátor már eleve rendelkezésre áll. Itt szeretném megjegyezni, hogy ha nem akkumulátort, hanem 220V-os hálózatra kapcsolt 12V-os adaptert szeretnénk használni, akkor a megadott kapcsolási rajz nem jó! Ilyenkor ugyanis biztonságosabb izolálni egymástól számítógép párhuzamos portjának 25-ös tűjét (GND) és az adapter negatív pólusát. Nem garantált ugyanis, hogy a kettő azonos potenciálon van. Ha pedig nincs (tehát ha feszültség van közöttük), akkor ott áram is fog folyni valamilyen irányban, ami nem biztos, hogy jót tesz a számítógépnek. Az izolálást pl. kis optocsatolókkal (optocouplerekkel) lehet elvégezni, amelyek szintén nem túl drágák, a kapcsolási rajz azonban bonyolultabb lesz a fentinél. A lényeg, hogy a leírt módon elkészített vezérlést csak akkor használjuk, ha kizárólag "normális" egyenáramú áramforrásról (akkuról, elemről) üzemeltetjük a motort. Az viszont mindegy, hogy a számítógépet akkuról vagy a konnektorról használjuk. Ha nem féltjük még meg sem született utódainkat, akár egy ukrán atomerőműhöz is csatlakoztathatjuk.

A léptetőmotorok elvileg működtethetők 12V-nál kisebb feszültségről is, a lényeg, hogy a nekik megfelelő (a specifikációjukban szereplő) erősségű áram folyjon át a tekercseiken. Az ULN2003 chip jobb oldalán levő 4 darab "R"-rel jelölt ellenállás arra való, hogy megvédje a motor tekercseit és az ULN2003-at a túl nagy áramerősségtől. Utóbbi ugyanis ezen az oldalon maximum 500 mA áramot képes elviselni. Ha pl. a motorunk egy tekercsének ellenállását 6 Ohmnak mértük, akkor ezen ellenállások hiányában 12V / 6 Ohm = 2A erősségű áram folyna az ULN2003 jobb oldali lábain, amitől az rövid úton elfüstölne. Ekkor tehát ahhoz, hogy az áramot 500 mA-es szintre csökkentsük, még 12V/0,5A - 6 Ohm = 24 - 6 Ohm = 18 Ohm ellenállás hiányzik, tehát R=18 Ohm ellenállásokat kell a lábak jobb oldalára kötni. Az is kiszámítható, hogy ezekre a 18 Ohmos ellenállásokra 0.5A × 0.5A × 18 Ohm = 4,5 W teljesítmény esik, tehát ennél nagyobb, pl. 6 Wattos ellenállásokra van szükség, különben az ellenállások szintén elfüstölnének, vagy legalábbis nagyon melegednének. Más kérdés persze, hogy az a léptetőmotor, ami 6 Ohmos tekercsekkel rendelkezik, megelégszik-e 500 mA árammal. Ettől (az átfolyó áram erősségétől) függ ugyanis az, hogy milyen erős a kialakuló mágneses mező, tehát hogy milyen erősen tartja meg a motor az adott helyzetet - ettől függ a motor terhelhetősége. (Ha szerencsénk van, és rá van írva a motorra a típusszáma, az Internetről letölthetjük a gyártó által megadott specifikációt, amiben meg van adva ez az ún. "holding torque" - nem tudom szépen mondani magyarul, talán "tartási forgatónyomaték"? - Nm vagy Ncm egységekben. Nem szükséges azonban mindenképp papírból tudnunk ezt az értéket, ki is próbálhatjuk, ha az áram alatt levő motor tengelyét kézzel megpróbáljuk elforgatni, érezhetjük, mekkora erő kell hozzá.) A léptetőmotorok áramigénye általában 100 és 1500 mA közötti. Ha az ideális érték alatti áramot kapnak, nem teljesítik a tőlük elvárható forgatónyomatékot, "gyengék lesznek". Ha pedig túl sok áram folyik át a tekercseiken, azt ugyan egy darabig még tolerálják (csak legfeljebb jobban melegszenek), de egy bizonyos áramerősségen felül bizony leégnek. Erre azonban az ULN2003 használata esetén kevés az esély, mert 500 mA áramot többnyire még a kisebb motorok is kibírnak, efölött viszont az ULN2003 hamarabb mondja fel a szolgálatot, mint a motor.

Hogy egy konkrét, működőképes példát is mondjak: az a kis léptetőmotor, amire végül a választásom esett, 39 Ohmos tekercsekkel rendelkezik. Mivel 12V / 39 Ohm = 307,7 mA, ami bőven belül esik az 500 mA-es határon, először ellenállások nélkül próbáltam ki. A motor remekül működött, kézzel szinte meg sem lehetett mozdítani a tengelyét, ha csak egy tekercse is áram alatt volt. A motorról már rég lekophatott a típusjelzés, így fogalmam sem volt a szükséges áramerősség pontos értékéről, de mivel a fenti 300 mA körüli árammal a motor nagyon hamar felforrósodott, csökkenteni kellett az áramerősségen. Az "R"-rel jelölt ellenállások helyére tehát 10 Ohmos, 2 Wattos ellenállásokat tettem, mivel 12V / (39 + 10) Ohm = 245 mA, és 0,245A × 0,245A × 10 Ohm = 0,6 W (körülbelül). (A 2 Wattos ellenállások alig melegszenek, ha csak 0,6 W tényleges teljesítmény esik rajtuk.) Így, 245 mA-re csökkentve az áramerősséget, a motor csak egy kicsit veszített az erejéből, viszont a melegedés gyakorlatilag megszűnt, tehát valószínűleg nagyjából eltaláltam a szükséges áramerősséget, és a motor forgatónyomatéka is megfelelőnek bizonyult. Ha ismert lett volna a motor típusa, és rendelkezésre állt volna a gyári leírás róla, hogy milyen paraméterekkel kell működtetni, a fenti kísérletezés szükségtelen lett volna, csak azt kellett volna kipróbálni, hogy elég erős-e a motor a fókuszírozó működtetéséhez.

Maga az ULN2003 chip egyébként 7 darab ún. Darlington-tranzisztorpárt tartalmaz, amelyeknek a bemeneteit a bal oldali 1-7.számú lábak alkotják. A kapcsolási rajz a "lábaira állított" chipet ábrázolja a "háta" felől nézve. Az, hogy melyik a chip "feji" vége (melyik végén kezdődik a lábak számozása), egy kis félkör alakú rovátka jelzi a chip hátán, ahogy az a rajzon is jelezve van. A chip úgy működik, hogy ha az első hét bal oldali láb valamelyikén áram érkezik a párhuzamos port hozzákapcsolt adatvonalán át, vagyis ha feszültség alá kerül a 8. számú (GND) lábhoz képest, akkor az adott tranzisztorpár zárja a bemeneti lábbal szemközti (10-16. számú) lábon levő áramkört, vagyis áramot enged be a motornak a szemközti lábhoz kapcsolt tekercse felől.

A párhuzamos port adatvonalai (bitjei) kikapcsolt állapotban a 25. tűvel azonos (nulla) potenciálon vannak. Bekapcsolt állapotban (vagyis amikor az adott LPT port - a port száma az "LPT1:" esetén általában $378 - megfelelő bitjét 1-re állítjuk) +5V feszültségre kerülnek a 25. tűhöz képest. (Ez a bemenő feszültség éppen megfelel az ULN2003-nak. A befolyó áram ilyen kis feszültségen egyébként az ULN2003-ban levő ellenállásoknak köszönhetően nagyon kicsi, csak pár milliamper. Az ULN2003 ezen bemenő oldala max. 25 mA-t bír ki.) Az ULN2003 9-es lábára az áramforrás pozitív pólusát kell kötni. A 9-es lábon levő, az ábrán az R ellenállások alatt jelölt áramköri elem egy 12 voltos Zener-dióda (ilyen néven vesztegetik pár forintért a boltokban). Ez egy feszültségszabályozásra használt dióda, jelen esetben az a szerepe, hogy megvédje az áramkört a motortekercsekben a kikapcsolásuk után összeomló mágneses tér által indukált rövid ideig tartó áramimpulzusoktól. Elméletileg el lehet hagyni az áramkörből, az nélküle is működik (én legalábbis semmi különbséget nem észleltem), de mivel nálam okosabb ember találta ki, hogy legyen ott, és alig pár fityingbe kerül, szerintem az a plusz forrasztás már nem oszt, nem szoroz. Ha valaki nem látott volna még közelről Zener-diódát (nem sokkal ezelőttig én is közéjük tartoztam), hát nincs rajta sok érdekesség. Egy tömzsi kis henger, a két végén két lábbal (mint a diódák általában). A színe többnyire narancssárgás, és egy fekete gyűrű jelzi azt a végét, ami a kapcsolási rajzon a "nyíl hegyének" felel meg. Na ezt a végét kell az ULN2003 9-es lábához forrasztani.

A kapcsolási rajzon úgy jelöltem, hogy a párhuzamos csatlakozó 2., 4., 6. és 8. számú tűjét használjuk bemenő vonalként. Ez azonban nem kötelező, a 2-9. tűk közül bármelyik négyet használhatjuk, legalábbis akkor, ha az általam írt ASCOM driverrel fogjuk vezérelni a fókuszírozót. Ennek a drivernek a beállítási ablakában van ugyanis egy olyan mező, ahol megadhatjuk a driver számára, hogy a melyik tű melyik motortekercsnek felel meg (lásd később). Csak azért vannak pont a fenti tűk jelölve a kapcsolási rajzon, mert könnyebb úgy forrasztani, ha nem használunk szomszédos tűket. Az is teljesen tetszőleges, hogy az ULN2003 bal oldalán levő 1-7. lábak közül melyik négyet használjuk bemenetnek (itt is a fenti szempont vezérelt a rajz elkészítésénél, tehát az, hogy lehetőleg ne nagyon kelljen szomszédos lábakon forrasztani). Csak az számít, hogy ha egy lábat a bemeneti (bal) oldalon használatba veszünk, akkor a megfelelő kimenet pontosan a vele szemközi lábra legyen forrasztva. A nem használt lábakat legjobb, ha tőből "amputáljuk" egy kisolló segítségével, így kisebb a hibalehetőség a forrasztásnál.

Az ULN2003-at egyébként célszerű egy ún. próbapanelra forrasztani. Ha valaki nem ismerné, ez egy lyukacsos kis műanyag lap, hobbielektronikai boltokban fillérekért kapható. A lyukak szabvány távolságra vannak egymástól, így a "soklábú" IC-k lábai simán beleillenek. A lap egyik oldalán a lyukak hármasával össze vannak kötve kis rézlapocskákkal (ezen az oldalon lehet a forrasztásokat végezni), míg a másik oldalra kell helyezni az áramköri elemeket, így csak a lábak végei jutnak át a lap forrasztási oldalára. A próbapanelből egy olyan kis darabot kell levágni, amire az ULN2003A, az ellenállások, és a Zener-dióda is ráfér, így akkora lesz, hogy még pont belefér az "apa" típusú 25 tűs párhuzamos konnektor tokozásának belsejébe:

A csatlakozó és a motor között egy hat eres vezetékre van szükség. A vezeték másik (motor felőli) végére kerülhet bármilyen olyan csatlakozó, ami legalább 6 vezeték csatlakoztatására használható. Ilyen például a soros csatlakozó, mint amilyen a régi, soros (COM) portra csatlakoztatható egereken volt. Ennek kilenc tűje van, és tokozással együtt szintén olcsón kapható a hobbielektronikai boltokban. Egy "apa" és egy "anya" aljzatra, valamint egy darab tokozásra lesz szükségünk (az egyik aljzat arra a dobozra kerül majd, ami a motor "házaként" fogunk használni, a fókuszírozóra szerelve). Persze használhatunk bármilyen más, legalább 6 eres csatlakozót, ha van jobb ötletünk. Szükség lesz továbbá egy olyan csatlakozóaljzatra a motor "házán", amin keresztül a tápot csatlakoztatjuk majd hozzá.

A motorvezérlő ASCOM-driver

Ha a fókuszírozónk elektronikai részével elkészültünk, kipróbálhatjuk a kiválasztott motor(okat) működés közben. Ehhez három dolog szükséges:

1. Telepítenünk kell számítógépünkre az ún. ASCOM platformot. Ezt ingyenesen letölthetjük innen.
2. Kell egy, az elkészült vezérlőnkhöz megfelelő ASCOM-kompatibilis driver. Írtam egy ilyet, megtalálható a honlapom Letöltés szekciójában, LPTFocuser néven.
3. Szükségünk van még egy olyan programra, ami használni is tudja az ilyen ASCOM platformra épülő fókuszírozó-drivereket. Mivel elég alapvető standardról van szó, a legtöbb asztrofotós program ismeri. Ilyen pl. a MaximDL vagy a MaxDSLR.

Miután csatlakoztattuk a kábelünket egy párhuzamos portra, bekötöttük a motort, és az akkumulátorról sem feledkeztünk meg, indítsuk el a kiválasztott asztrofotós programunkat. A fókuszírozók listájából válasszuk ki az "LPTFocuser"-t. MaxDSLR használata esetén ezt úgy tehetjük meg, hogy a "View" menüből kiválasztjuk a "Focuser Control Window" menüpontot, majd a megjelenő ablak "Setup" fülén a "Focuser Selection" mező legördülő listájából kikeressük a fenti hangzatos nevet. Ezután el kell végezni a megfelelő beállításokat. Ehhez nyomjuk meg az "Options" felirat melletti háromszögjellel ellátott gombot, majd a menüből válasszuk ki a "Setup" pontot. Ekkor az alábbi beállítóablak jelenik meg:

A "Communication" csoport "LPT Port" mezejében először is meg kell adnunk azt a párhuzamos portot, amihez csatlakoztattuk a motort. Az ezalatt levő 4 × 8 darab kis rádiógombbal tudathatjuk a driverrel, hogy melyik tekercset melyik adatvonalra kötöttük. Nem elég azonban egyszerűen megadni a megfelelő adatvonalak számát, ugyanis a tekercsek sorrendje is számít. Mivel ezt a sorrendet valószínűleg nem ismerjük, egyszerűen "kinevezzük" 1. számú tekercsnek az egyik olyan vonalat, amit használtunk, aztán a többi három vonal sorrendjét próbálgatással határozhatjuk meg (a motor nem fog károsodni, ha rossz sorrendet választottunk, csak normális körbeforgás helyett összevissza ugrál). A kipróbáláshoz használjuk a "Test" gombot. Ekkor a program egymás után mindhárom meghajtási móddal megpróbálja elindítani a motort. Ha az egyenletes lépésekkel egy irányba forog, akkor eltaláltuk a tekercsek megfelelő sorrendjét. Ezt a próbálgatást természetesen csak egyszer kell elvégeznünk, mert a driver nem felejti el a beállításokat. Ha a motor végleges felszerelése után mégis azt tapasztaljuk, hogy az elvárthoz képest fordított irányba mozgatja a fókuszírozót, akkor egyszerűen fordítsuk meg a tekercsek sorrendjét.

A "Setup LPTFocuser" "Options" csoportjában az alábbi beállításokat végezhetjük el:

1. "Step Mode": a léptetőmotor meghajtásának módja. Három választási lehetőség van: "Normal" = egytekercses mód, "Strong" = kéttekercses mód, "Half-step" = féllépéses mód. (Ezek leírását lásd feljebb.)

2. "Max Position (steps)": A driver minden indítása után azt feltételezi, hogy a fókuszírozó teljesen ütközésig be van tekerve. Ezt tekinti 0 pozíciónak. Ebben a mezőben adhatjuk meg, hogy meddig lehet kitekerni a fókuszírozót, vagyis (lépésekben mérve) mennyi a fókuszírozó útja. Ennél a pozíciónál jobban lesz nem hajlandó kitekerni a fókuszírozót semmi körülmények közt.

3. "Speed (steps/sec)": a motor forgási sebessége lépés/másodperc egységben megadva. Időzítési okok miatt 1-nél kisebb és 100-nál nagyobb értékeket nem lehet megadni.

4. "Backlash Comp. (steps)": holtjáték-kompenzáció. Mivel a motor a fókuszírozó tengelyéhez mindenképpen valamilyen áttételen keresztül fog csatlakozni, elkerülhetetlen, hogy annak az áttételnek ne legyen valamekkora holtjátéka. Itt ennek a holtjátéknak a mértékét lehet megadni lépésekben. Ha nullától nagyobb számot írunk, akkor a driver a forgási irány minden egyes váltásakor ennyi extra lépést fog beiktatni, miközben a fókuszírozó pozícióját úgy jelenti a hívó program számára, mintha ezekre az extra lépésekre nem is került volna sor. Ha pl. a holtjáték-kompenzáció értéke 5, a fókuszírozó utoljára kifelé mozgott és jelenleg az 500-as pozíción áll, és utasítjuk a drivert, hogy újabb 10 lépést tegyen kifelé, akkor a fókuszírozó motorja valóban 10-et fog lépni, és a pozíció 510-re módosul. Ha azonban ezután arra utasítjuk, hogy befelé mozogjon 10 lépéssel, akkor 10 helyett 15 lépést fog megtenni a megfelelő irányba, de a pozíció a "megrendelt" 500-at veszi fel, mintha valóban csak 10-et lépett volna. A holtjáték-kompenzáció megfelelő értékét kísérletezéssel lehet megállapítani, miután a motor az áttételekkel együtt a végleges helyére lett szerelve a távcsövön. Vigyázzunk: ha a "Step Mode" mezőben később valamelyik egész lépéses módról féllépéses módra váltunk (vagy fordítva), akkor a kikísérletezett holtjáték-kompenzációs értéket is célszerű értelemszerűen módosítani. Ha a MaxDSLR-t használjuk autofókuszálásra, nem fontos a driver beépített holtjáték-kompenzációját használni, mert a program maga is tartalmaz egy holtjáték-kompenzáló funkciót. Használhatjuk azt, amelyik jobban beválik.

5. "Step Size (microns)": megadhatjuk, hogy a motor egy lépése mekkora elmozdulást okoz a fókuszírozón (mikrométerben). Mivel a driver nem tudja, milyen fókuszírozóra van szerelve az általa meghajtott motor, ezt az értéket magunknak kell megmérnünk vagy kiszámítanunk. A drivernek ezt tulajdonképpen nem is kellene ismernie, de mivel némelyik program "megkérdezheti" tőle, itt megadhatjuk neki, hogy olyankor "mit mondjon". A MaxDSLR pl. nem használja az ide beírt értéket (nem a drivertől "kérdezi meg", hanem személyesen tőlünk, felhasználóktól :-).

A motor felszerelése a fókuszírozóra

Ha idáig eljutottunk, tehát van egy kellően erős léptetőmotorunk, amit az általunk készített kontrollerrel és a fenti driverrel távvezérelni tudunk a számítógép egy párhuzamos portján keresztül, már csak az van hátra, hogy felszereljük a fókuszírozóra. Ehhez először is egy áttételre lesz szükségünk. Az áttétel lehet két illeszkedő fogaskerék, amelyek közül az egyik a motor, a másik pedig a fókuszírozó tengelyére kerül, vagy akár alkalmazhatunk fogasszíjat is, de először mindenképpen újra mérnünk és számolnunk kell egy kicsit. Kérdés ugyanis, hogy pontosan mekkora áttételt alkalmazzunk. Ennek megválaszolásához először is vizsgáljuk meg a Crayford-típusú fókuszírozónkat. Ez ugye úgy működik, hogy a tengely, amit a gombbal forgatunk, hozzá van szorítva a fókuszírozó kifelé és befelé mozogni képes csövéhez. Mivel a kettő nem csúszik egymáson, ezért a tengely egy teljes 360 fokos körbefordulásának hatására a cső pontosan annyival mozdul el kifelé vagy befelé, amekkora a tengely kerülete. Mérjük meg tehát a tengely átmérőjét egy tolómérővel. Általában 4 mm körüli értéket kapunk. Ha ezt megszorozzuk pi-vel, megkapjuk a keresett kerületet, ami példánknál maradva 12,566... mm, vagyis 12566 mikrométer. Mérjük meg most azt, hogy hány lépéssel fordul körbe teljesen a léptetőmotorunk tengelye. Ha 7,5 fokos lépésszögű motorunk van, akkor ugyebár 48 lépéssel teszi meg a 360 fokot. Ha most ezt a motort minden áttétel nélkül egy az egyben rászerelnénk a fókuszírozó tengelyére, akkor az egy lépéssel 12566 / 48 = 261,8 mikrométert mozdítana a fókuszírozón (féllépéses üzemmódban pedig ennek a felét). Ez nyilvánvalóan túl sok, ha visszaemlékszünk a CFZ (kritikus fókusz zóna) korábban kiszámolt értékére, ami az én fényerős (f/5) távcsövemnél pl. csak 55 mikron. Az áttételezéssel az a célunk, hogy egy lépéssel mindenképpen csak kisebbet mozduljon a fókuszírozó a CFZ értékénél. Válasszuk tehát célként jelen esetben mondjuk a lépésenkénti 10 mikron értéket. Ekkor tehát 261,8:10, vagyis 26,18:1-es áttételre lesz szükségünk. Mivel minél több tizedesjeggyel számoltunk, annál valószínűtlenebb, hogy tudunk szerezni pontosan ilyet, kerekítsük valami használhatóbb értékre, legyen tehát a cél mondjuk a 25:1 áttétel. Ezzel 261,8/25 = 10,472 mikrométernyit fog elmozdulni a fókuszírozó a motor egy lépésével, ami tökéletesen belül van a tűréshatáron. Igazából még egy 10:1 áttétel is megfelelhet (261,8/10 = 26,18 mikron), főleg, ha féllépéses üzemmódot használunk (26,18/2 = 13,09 mikron). Ha viszont sikerül egy 1,8 fokos lépésszögű motorra szert tennünk, az - féllépéses üzemmódban - akár minden további áttétel nélkül is megfelelhet, ha nem túl fényerős a távcsövünk. Ennek további előnye is van: ha nem kell áttételeket szerelnünk a motor tengelyére, akkor megúszhatjuk azt is, hogy valamiféle kuplungot legyen muszáj fabrikálnunk abból a célból, hogy le is tudjuk kapcsolni a motort a tengelyről, ha kézzel szeretnénk forgatni a fókuszírozót. Ugyanis már egy 20:1 áttételt is elég nehéz a másik (az "1"-es) végéről kézzel megforgatnunk, viszont áttétel nélkül a léptetőmotorok tengelye könnyedén forgatható, ha a motor nincs áram alatt.

Egyebek

Végezetül ígéretemhez híven következzen a 36 tűs Centronics csatlakozó (DB36) tűinek kiosztása. Ha emlékszünk még, ez az a csatlakozó, ami a printerkábelek printer felőli oldalán van. Akkor érdemes foglalkoznunk vele, ha olyan USB-párhuzamos átalakítónk van, ami ilyen csatlakozóban végződik, de csak abban az esetben, ha nemcsak egy USB eszközként jelentkezik be, hanem tényleg csinál egy igazi LPT portot, ami látható a Windows Eszközkezelőjében. A rajz itt is a csatlakozó forrasztási oldalát ábrázolja:

Sok különbség nincs a 25 tűs csatlakozóhoz képest, csak 11 plusz tű, amelyekre viszont nincs szükség. Az adatvonalak ugyanott helyezkednek el, mint a DB25 csatlakozón, tehát a 2-9. tűkön. A GND pólusnak itt a 19-30., ill a 33. tűk felelnek meg.

Szót kell még ejteni arról az esetről, ha csak olyan léptetőmotort tudunk beszerezni, ami nem elégszik meg az ULN2003 által még elviselhető max. 500 mA árammal. Ez az eset két tekintetben hátrányos. Az egyik, hogy nagyobb lesz a motor áramfelvétele, vagyis a fogyasztása. A másik pedig, hogy ilyenkor az ULN2003-at nem használhatjuk. Helyette egy nagyobb árammal működő Darlington-kapcsolót kell beszerezni, pl. a max. 1,5 A áramot elviselni képes ULN2068 (pontosabban ULN2068B) jelűt. Ezen chip lábainak funkciója azonban eltér az ULN2003-étól, ezért a kapcsolási rajzunk is más lesz. A legfőbb különbség, hogy ezen csak 4 darab Darlington-tranzisztorpár van, ami még önmagában nem lenne baj, mert pont ennyire van szükségünk. A gond az, hogy egész más lábak számítanak be- és kimenetnek, mint az ULN2003 esetében. Nekem nem volt szükségem erre az IC-re, úgyhogy a vállalkozó kedvű olvasóra bízom, hogy megkeresse az IC technikai dokumentációját az Interneten, illetve a szükséges kapcsolási rajzot. Kis segítségként: a varázsszó a "datasheet". Ha bármelyik keresőbe beírjuk a keresett chip nevét (számát) a "datasheet" szóval együtt, akkor az első néhány találaton belül lesz a www.datasheetcatalog.com vagy valami ilyesmi nevű site megfelelő oldala. Eddig még nem találkoztam olyan áramköri elemmel, amelynek a dokumentácóját nem lehetett volna itt megtalálni.

Bipoláris motorok vezérlése

Ha képtelenek voltunk unipoláris léptetőmotort szerezni, végső elkeseredésünkben használhatunk 4 fázisú bipoláris motort is. Ehhez azonban többet kell forrasztgatnunk. Egy lehetséges kapcsolási rajz ilyenkor a következő:

Az első rajz egy ún. fél H-hidat tartalmaz. Ebből négy darabot kell elkészítenünk, amelyeket a csatlakozónkat ábrázoló (második) rajzon a négy kis H-val jelölt négyszög jelképez. Csak az áttekinthetőség kedvéért szedtem szét két részre a rajzot, hogy ne kavarjon be a sok ismétlődő részlet. Az áramkör, ha minden igaz, max. 4A áramerősséget bír ki, legalábbis ennyi van megadva a felhasznált BD679 (vagy BD681, az is jó) nevű Darlington-tranzisztorok leírásában maximális emitter-áramként. A második rajzon levő 4db R-el jelölt ellenállás szerepe ugyanaz, mint az unipoláris motor vezérlőjénél. Igazából nem muszáj, hogy 4 db legyen belőlük, hiszen páronként ugyanazzal a tekerccsel vannak sorba kapcsolva, tehát rakhatjuk őket csak minden második vezetékre is, vagy akár el is hagyhatók, ha a motortekercsek ellenállásából számolt áramerősség megengedi. Sőt, ha igazán jó megoldást szeretnénk, vagyis olyan vezérlőt, ami többféle motorral is képes együttműködni, akkor hagyjuk a fenébe az ellenállásokat, és némi plusz forrasztgatás árán építsünk egy kis feszültségszabályozót az áramkörünkbe (én ez utóbbi megoldást választottam). Ehhez csak egy LM317T jelű IC-re, két plusz diódára, három kondenzátorra, néhány ellenállásra, és egy jumpersorra (vagy pár kétáramkörös DIP-kapcsolóra) lesz szükség. A feszültségszabályozó kapcsolási rajza elég egyszerű:

Az "I", "O" és "A" betűk az LM317T "Input" "Output" és "Adjust" lábait jelentik. A lábak sorrendje a rajzon a hátulnézeti képnek felelnek meg, vagyis akkor látjuk így a lábak sorrendjét, ha a lábaira állított chipnek azt az oldalát nézzünk, amelyiken nincsenek feliratok. A "DC IN" pontra kell csatlakoztatnunk az áramforrásunk (pl. 12 Voltos akkumulátorunk) pozitív pólusát. Az, hogy a "DC OUT" ponton mekkora feszültséget kapunk, az R1 és R2 ellenállásunk arányától függ, éspedig a következő módon:

A tervezésnél arra kell figyelni, hogy a legkisebb kimenő feszültség maximum 30 V-tal lehet kevesebb a bemenőnél, a legnagyobb kimenő feszültség pedig minimum 3 V-tal. Ez - 12V-os akkut használva - azt jelenti, hogy maximum 9V kimenő feszültséget csinálhatunk, ami pont jó, mert ennyi gyakorlatilag az összes léptetőmotornak elegendő. A legtöbb fellelhető bipoláris motor tekercsellenállása ugyanis 4 és 20 Ohm közötti, az áramigényük pedig általában 200 és 1500 mA közé esik. Általában véve, minél kisebb egy motor tekercseinek ellenállása, annál nagyobb áramerősséget képesek elviselni. Példának okáért, találtam egy nagyon jó, 1,8 fokos lépésszögű, erős motort, ennek 4,2 Ohmos tekercsei vannak. A motor leírásában (véletlenül rajta volt a típusszám) az szerepel, hogy 600 és 1200 mA közötti áramerősséget igényel. Ebből kifolyólag 2,5V (4,2 Ohm × 0,6 A) és 5 V (4,2 Ohm × 1,2 A) közötti feszültséget lehet rákapcsolni védőellenállás nélkül (attól függően, hogy mekkora forgatónyomatékra van szükség).

Az LM317T maximum 1,5 A áramerősséget képes tartósan leadni károsodás nélkül. Vigyázzunk azonban, mert ez nem jelenti azt, hogy nyugodt szívvel rákapcsolhatjuk az 1,2 A-es árammal működő léptetőmotorunkat! A motornak ugyanis két tekercse van, és az 1,2 A-es áramfelvétel tekercsenként értendő. Kéttekercses és féllépéses üzemmódban előfordul, hogy a motor mindkét tekercse egyszerre van áram alatt, ami összesen 2,4 A áramot jelent. Ezt a problémát kétféleképpen lehet orvosolni. Kereshetünk például egy olyan IC-t az LM317T helyett, ami kétszer akkora áramot tud leadni. Én egy másik megoldást alkalmaztam, nevezetesen, hogy a fenti feszültségszabályozó áramkört két példányban készítettem el, és párhuzamosan kapcsoltam őket a tápfeszültségre oly módon, hogy mindegyikük csak egy motortekercset tápláljon (a szükséges áramköri elemek ugyanis nem túl drágák).

A feszültségszabályozó áramköröket olyan módon készítettem el, hogy 2 és 9 V között 1 V-os lépésekben lehessen változtatni a kimenő feszültséget, így gyakorlatilag az összes általam eddig látott bipoláris motorral működőképes a vezérlő. Az R1 ellenállást 125 Ohmnak választottam, az R2-t pedig 75-775 Ohm között az alábbi lépésekben változtathatónak: 75-175-275-375-475-575-675-775 Ohm. Mivel az ellenállásokon csak 10-20 mA nagyságrendű áram folyik, elegendőek a kis, 0,25 Wattos típusúak. Ezekből áramkörönként egy 50 Ohmos, 2 db 75 Ohmos, egy 100 Ohmos és három 200 Ohmos ellenállásra volt szükség. Az R1 ellenállást egy sorba kapcsolt 50 és 75 Ohmos ellenállás alkotja (a 125 Ohm nem szabványos ellenállás, ezért nem lehetett ilyet kapni). Az R2 ellenállást pedig egy négy ellenállásból álló sor alkotja oly módon, hogy a másodikat, a harmadikat és negyediket jumperekkel (vagy pl. DIP-kapcsolókkal) ki lehessen zárni ("shortolni"). Az első egy 75 Ohmos ellenállás (ez mindig benne van a sorban), a második egy 100 Ohmos, a harmadik egy 200 Ohmos, a negyedik pedig egy 400 Ohmos ellenállás (pontosabban 2 sorba kapcsolt 200 Ohmos, mert a 400 Ohm szintén nem szabvány érték). Elvileg alkalmazhattam volna az R2 ellenállás helyett egy megfelelő potenciométert is, de úgy gondoltam, az nem lesz jó, mert használat közben a sötétben az ember véletlenül túlcsavarhatja a feszültséget.

Íme a teljes áramkör a feszültségszabályozókkal és a motorvezérlővel olyan módon lerajzolva, hogy a forrasztáshoz könnyebben áttekinthető legyen:

Ne rettentsen meg senkit az áramkör mérete, ugyanis - tapasztalatból mondom - a nagyfokú szimmetria és a sok ismétlődő részlet jelentősen megkönnyíti az elkészítését. Ami nehézséget jelenthet, az a próbapanelok forrasztási oldalán levő rézborítás. Nem minden panel egyforma ugyanis, van olyan, ahol a lyukak egész soronként össze vannak kötve vele, és van olyan is, amelyiken a lyukak hármasával vannak csoportosítva. Ez eléggé megnehezíti a tájékozódást a forrasztási oldalon, könnyen belebonyolódhatunk abba, hogy "ki kivel van". Létezik ún. "forrasztási pontos" próbapanel is, ahol minden egyes lyuknak saját, izolált kis rézlapkája van, de azt nem mindig lehet kapni. A legjobb szerintem, ha szerzünk egy akármilyen próbapanelt, aztán fogunk egy fúrógépet egy finom csiszolókoronggal, és két perc alatt egyszer s mindenkorra megszabadulunk az összes réztől. Az áramköri elemek lábai ugyanis mind elég hosszúak, és ezeket tetszőleges irányba tudjuk hajlítgatni a forrasztási oldalon, ha nem zavar a rézborítás.

A rajzon az "I", "O", "A" szimbólumok az LM317T IC-k megfelelő lábait jelentik, az "B", "C", "E" betűk pedig a BD681 jelű NPN Darlington-tranzisztorok bázisait, kollektorait és emittereit jelentik. A tranzisztorok lábait úgy lehet azonosítani, hogy ha a lábaira állított tranzisztort elölről - a feliratos oldala felől - nézzük, akkor balról jobbra a lábak E-C-B sorrendben vannak. A kisbetűkkel jelzett forrasztási pontok azokat a pontokat jelölik, ahová a külön rajzolt párhuzamos csatlakozó megfelelő jelű vezetékeit kell csatlakoztatnuk. A motor tekercseihez menő vezetékekeket pedig a 1+/1- ill. 2+/2- pontokra kell forrasztani. Ha a fenti kapcsolósorokat jumpersorok vagy egyáramkörös kapcsolók alkotják, akkor használat közben a két feszültségszabályozón azonos állásban (szimmetrikus beállításban) kell legyenek, különben a két tekercs különböző feszültséget kap. Ezt elkerülendő szép megoldás lenne három darab kétáramkörös DIP-kapcsoló használata (amelyek egyszerre kapcsolják ki vagy be a két feszültségszabályozó megfelelő ellenállásait), de én pl. sajnos nem kaptam ilyet. A kész vezérlő így néz ki (pontosabban ennél pofásabban is kinézhet, ha valaki szebben tud forrasztani, mint én :-)

Ha azonos ellenállásokat állítunk be a két feszültségszabályozó áramkörben, a tekercsekre jutó feszültségek meglepően nagy pontossággal megegyeznek egymással, a különbség az én vezérlőmben alig 0,02 V. Van egy további jó hírem is azok számára, akik ezt a bonyolultabb áramkört kénytelenek használni: a LPTFocuser driver ugyanúgy, minden további nélkül képes együttműködni az ilyen módon elkészített vezérlővel is, mint a fenti egyszerűbb, unipoláris motorokhoz valóval.

Befejezésként mindenkinek kellemes forrasztgatást kívánok, és külön gratulálok azoknak, akik ezt mind el is olvasták :-) Azok számára, akik nem szeretnének túl sokat szöszmötölni a méretes kapcsolási rajzokkal, van egy jó hírem: számtalan olyan IC kapható, amely tökéletes H-hidakat tartalmaz a bipoláris motorok vezérlése céljából. Ha pedig még ez is túl sok lenne, teljesen kész motorvezérlőket is lehet kapni - igaz, ezek jóval drágábbak a pár forintos tranzisztoroknál meg diódáknál. Meg aztán miért is ne barkácsolna egy kicsit az ember - végül is telehold idején is kell valamit csinálni :-)

Források

Jones on Stepping Motors
Stepper Motor Controller Connection Diagrams
Interfacing to the IBM-PC Parallel Printer Port
Logix4u.net: (Jan Axelson's) Inpout32.dll for WIN NT/2000/XP