單片機在赤道式天文望遠鏡控制系統中的應用

一 前言

　　縱觀(guān)當前國內的望遠鏡市場(chǎng)，大大小小的望遠鏡都配上了電腦，實(shí)現PC機控制，這樣無(wú)形之中就增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使一些原本不必要配電腦的中小型望遠鏡也必須得配一臺電腦，脫離了電腦，就只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作，令人苦不堪言，本人主要就這一方面作了一些粗陋的研究，用單片機的匯編語(yǔ)言編制了望遠鏡自動(dòng)找星的程序，實(shí)現了把手盒自動(dòng)找星的功能。

二 系統硬件概述

　　本控制系統的核心部分是采用雙串口的CPU（W77E58芯片），可以同時(shí)和上位機及把手盒通信，也可以單獨和他們通信，一片XC95108-84負責計數分頻等工作，一片MC146818時(shí)鐘芯片，用來(lái)產(chǎn)生恒星時(shí)，附加一些外圍接口電路，具體詳情見(jiàn)（圖一），因為本文著(zhù)重介紹的是算法部分，因此硬件部分不再細述。

下位機系統方框原理圖（圖一）

三 軟件部分

　　具體地講，軟件總的可以分為四大部分：PC機（工控機）部分，把手盒部分，下位機部分以及功放模塊部分。其中PC機和把手盒分別與下位機的主電腦CPU（W77E58）通信，由串行電纜連接，實(shí)現通信，功放模塊（驅動(dòng)部分）與下位機連體，由數據線(xiàn)直接連接，下面我們主要介紹下位機軟件的設計流程及算法思路：

　　1、 設計思路

　　我們應該明確該設計的目的，即實(shí)現望遠鏡自動(dòng)找星的功能，具體地說(shuō)，首先得給望遠鏡進(jìn)行位置的準確標定，即選中天空中的某一顆已知星，由把手盒手動(dòng)操作，把它找進(jìn)望遠鏡視場(chǎng)的正中央，放在主鏡的十字線(xiàn)的中心，此時(shí)把這顆星的坐標位置由把手盒輸入進(jìn)去，定標替換望遠鏡原來(lái)的位置，然后以這顆星為基本點(diǎn)，根據時(shí)角和赤緯去找尋天空中的任意一顆未知的星，由于系統在程序中做進(jìn)了掉電保護模塊，因此，對望遠鏡而言，調試完畢之后只需要標定一次，以后每次關(guān)機之前系統都會(huì )自動(dòng)保存望遠鏡當前的實(shí)時(shí)位置，給用戶(hù)帶來(lái)了極大的方便，自動(dòng)找星時(shí)，我們給望遠鏡輸入天空星體的天文坐標（α，δ）之后，望遠鏡根據當前自身指向的天區位置以及待尋目標星所處的天區位置選擇一條合適的路徑，驅動(dòng)赤經(jīng)、赤緯電機轉動(dòng)使其指向目標星，讓目標星體落入望遠鏡視場(chǎng)，找星結束后自動(dòng)轉入跟蹤，望遠鏡的指向與天體的坐標是通過(guò)恒星時(shí)聯(lián)系起來(lái)的，因此我們需要知道恒星時(shí)，每次觀(guān)測之前要先校正一下恒星時(shí)，恒星時(shí)由程序配合手動(dòng)校正，并顯示于面板上。由公式 t+α=s①

　　其中t是星體的時(shí)角位置

　　α 是星體的赤經(jīng)值

　　s 是當地的地方恒星時(shí)

　　顯然我們可以把望遠鏡的時(shí)角和星體的時(shí)角對應起來(lái)，在跟蹤狀態(tài)時(shí)，為了克服地球自轉的影響，時(shí)角在以每時(shí)秒15個(gè)角秒的速度沿著(zhù)反地球自轉方向勻速運動(dòng)，因此在赤經(jīng)方面主要是實(shí)時(shí)地采集當地的地方恒星時(shí)，不停的刷新顯示，計算目標星的時(shí)角，最終讓望遠鏡的動(dòng)態(tài)時(shí)角值等于目標星的時(shí)角，這樣赤經(jīng)找星完畢;在赤緯方面，因為恒星的赤緯是不變的，所以我們只需要將望遠鏡的動(dòng)態(tài)赤緯顯示值不斷的靠近目標星的赤緯值，不過(guò)對赤道式望遠鏡而言，得需要考慮望遠鏡的所處天區的位置以及目標星的位置，選擇合適的找星路徑，確保望遠鏡的鏡筒的姿勢正確，至于限位部分，可以根據客戶(hù)要求自行設定。