CN103439976B - 自动寻星及导星的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的自动寻星及导星的控制系统，包括赤道仪、天文望远镜、步进电机、步进电机控制器和导星装置，赤道仪通过接收步进电机控制器给步进电机发出的信号而控制天文望远镜的动作；该控制系统还包括望远镜控制模块，望远镜控制模块连接有LCD显示器和键盘，望远镜控制模块还与所述步进电机控制器互通连接；所述导星装置包括导星摄像头、TFT触摸显示屏和导星控制模块，导星摄像头和TFT触摸显示屏分别与导星控制模块连接，所述导星控制模块与望远镜控制模块之间通过USART串行通信连接，导星控制模块处理导星摄像头的数据并检测后将控制命令发送给望远镜控制模块；本发明还提供一种自动寻星及导星的控制方法，保证在寻星和导星过程中实时跟踪目标星体并实时显示在TFT触摸显示屏上。

Description

自动寻星及导星的控制系统及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及提高天文望远镜的观测精度及简化观测过程的反馈系统，尤其涉及让天文望远镜具有自动寻找目标星体、自动跟踪、导星实时校准功能于一体的自动寻星及导星的控制系统及其控制方法。

【背景技术】

天文学的试验方法是通过观测来收集信息，目前，天文望远镜是观测天体的重要工具。天空中的天体大多亮度非常暗，若要观测到它，必须使用摄影设备对其进行长时间的曝光，累计足够的亮度才能将天体的原本面目展现在我们面前。而在长时间的曝光过程中，目标天体必须一直保持在望远镜视野的固定位置不变，不然拍摄的图像会模糊不清，这就需要望远镜长时间精确地跟踪目标天体(因地球自转，天体在天空中的位置是会移动的，随着望远镜倍数的增大，视野变小，这个移动效果会更加明显)。导星的作用便是在望远镜长时间跟踪过程中，由于机械精度或极轴不准等原因造成望远镜不能准确跟踪天体时，通过监测星点的移动，自动调整望远镜，使目标天体一直保持在视野固定位置。导星在天文观测中是非常重要的，对于深空天体的观测更是必备装置，对本身精度较低的小型天文望远镜来说则显得尤为重要。且导星功能的实现必须在已有跟踪设备之上。

目前国内、外主流的导星方案，一般是通过专用导星CCD获取导星镜的图像，电脑端的导星软件如GuideMaster、PHD等获得导星CCD传输过来的图像后，通过实时监测图像上的星点的位置的变化，发送相应的命令给跟踪设备进行校正。所以目前的导星方案需要一台运行导星程序的电脑，如果在野外的话则需要配备笔记本电脑和能支持该电脑长时间运行的大容量移动电源。同时，优秀的导星软件将收取相应的费用，相应的还需要电脑的购买费用；基于以上原因，目前的导星方案难以做到集寻星、跟踪及导星与一体的系统，同时信息流向错综复杂且不便携带。

另外，导星摄像头相当于人的眼睛，接在导星镜上，用于获取望远镜中的图像。专业的导星CCD通常需要兼顾拍照功能，需要各方面的改进使得曝光热噪音小，也就是信噪比高，获得的照片质量高。同时还需要对电脑发送过来的导星信号进行解析，通常还会添加导星接口功能，降命令解析之后再控制望远镜机械设备，所以成本一般较高。

【发明内容】

本发明提供一种成本低、便于携带，集合自动寻星、自动跟踪和自动导星于一体且具有实时校准反馈功能的自动寻星及导星的控制系统及其控制方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

自动寻星及导星的控制系统，包括赤道仪、天文望远镜、步进电机、步进电机控制器和导星装置，赤道仪通过接收步进电机控制器给步进电机发出的信号而控制天文望远镜的动作；该控制系统还包括望远镜控制模块，望远镜控制模块通过I/O接口分别连接有LCD显示器和键盘，望远镜控制模块还通过I/O接口与所述步进电机控制器互通连接，望远镜控制模块通过步进电机控制器控制步进电机来控制天文望远镜的方位；所述导星装置包括导星摄像头、TFT触摸显示屏和导星控制模块，导星摄像头和TFT触摸显示屏分别通过I/O接口与导星控制模块连接，所述导星控制模块与望远镜控制模块之间通过USART串行通信连接，导星控制模块处理导星摄像头的数据并检测后将控制命令发送给望远镜控制模块；导星摄像头所得的观测数据经传输到导星控制模块和望远镜控制模块，分别分析处理后生成反馈信号，通过步进电机控制器控制天文望远镜转动；导星摄像头通过与望远镜控制模块串行通信连接的导星控制模块，获取在寻星过程中确定的目标星体在天文望远镜中的图像，并将其实时显示在TFT触摸显示屏上；所述望远镜控制模块和导星控制模块采用一体化的嵌入式平台。

优选地，所述导星控制模块为STM32F407VGT6微处理器。

优选地，所述望远镜控制模块为AVRATmega128芯片。

优选地，所述导星摄像头为OV7725摄像头。

优选地，所述步进电机控制器为TB6560AHQ电机驱动模块。

优选地，所述LCD显示器为LCD1602显示操作屏。

自动寻星及导星的控制方法，包括寻星和导星两个步骤：

寻星包括以下步骤：

第一步：望远镜控制模块接通电源开始工作，通过与望远镜控制模块连接的键盘，在与望远镜控制模块连接的LCD显示器辅助下，键盘输入命令进入寻星过程；

第二步：调准天文望远镜，并找到一颗容易寻找的亮星置于天文望远镜视野的中央，在望远镜控制模块的数据库中查询该亮星的赤经轴坐标、赤纬轴坐标，或者通过键盘打开望远镜控制模块的数据库，从望远镜控制模块的数据库中选择该亮星的坐标后将自动填入相关值；

第三步：输入需要寻找的目标星坐标，通过键盘从望远镜控制模块的数据库查询需要观测的星体的坐标，自动填入相关值；

第四步：完成之后，通过望远镜控制模块计算，步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪开始调整赤纬轴，赤纬轴到位后则开始调整赤经轴转动相应的角度，从而控制天文望远镜转相应的角度，开始寻星过程；

第五步：找到目标星体后，将进入自动跟踪过程，赤道仪的赤经轴以一定的速度继续运行，并且将该目标星体的坐标自动设定为基准坐标，记录该坐标，以方便找下一个目标星体；

导星包括以下步骤：

第一步：导星装置接通电源开始工作，并通过TFT触摸显示屏显示工作状态；

第二步：由于望远镜控制模块和导星控制模块采用一体化的嵌入式平台，导星摄像头通过与望远镜控制模块串行通信连接的导星控制模块，获取在寻星过程中确定的目标星体在天文望远镜中的图像，并将其实时显示在TFT触摸显示屏上；

第三步：TFT触摸显示屏显示天文望远镜中目标星体的图像，点击TFT触摸显示屏上目标星体的图像，导星信号由导星控制模块发送给望远镜控制模块，则开始导星；

第四步：开始导星后，首先在导星控制模块内保存TFT触摸显示屏上目标星体的图像在TFT触摸显示屏上的坐标值，并且该坐标值作为导星过程中的参考坐标，同时在TFT触摸显示屏上的该目标星体图像周围画红圈以作提示；接着，开始检测该目标星体的移动，实时获取该目标星体在TFT触摸显示屏上的坐标，再与导星控制模块内保存的该目标星体的参考坐标进行比较，同时在TFT触摸显示屏上该目标星体移动后的星体图像周围画黄圈以作提示；

第五步：最后，导星控制模块换算目标星体在TFT触摸显示屏上产生的的坐标差值，换算后发送校准命令至望远镜控制模块，然后步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪和天文望远镜转动对应的角度，达到实时跟踪目标星体，保证目标星体的图像始终实时显示在TFT触摸显示屏上；

第六步：导星过程中，不断重复第四步和第五步，直到需要导星的星体观察结束为止。

本发明的有益效果是：

本发明的自动寻星及导星的控制系统具有自动寻星、自动跟踪和自动导星功能，并实现将自动寻星、自动跟踪和自动导星功能集成于一体的实时反馈系统，达到集专用导星摄像头及处理器于一体的系统，导星摄像头的选择更符合导星的作用而不具有照相功能，且对导星命令的解析不再设置在导星摄像头的导星控制模块上，而是设置在天文望远镜的望远镜控制模块内，从而减轻导星摄像头的工作和干扰，且大幅降低整个系统的成本；同时，使得导星摄像头所得的观测数据经传输到导星控制模块和望远镜控制模块，分别分析处理后生成反馈信号，通过步进电机控制器控制天文望远镜转动，克服因地球自转而产生的时间误差，始终保持天文望远镜与被观星体同步运动，大大提高了控制的精确度。

【附图说明】

图1是本发明的系统组成框图；

图2是本发明自动寻星过程中的流程图；

图3是本发明自动导星过程中的流程图。

【具体实施方式】

自动寻星及导星的控制系统，如图1所示，包括赤道仪1、天文望远镜2、步进电机3、步进电机控制器4和导星装置5，赤道仪1通过接收步进电机控制器4给步进电机3发出的信号而控制天文望远镜2的动作；该控制系统还包括望远镜控制模块6，望远镜控制模块6通过I/O接口分别连接有LCD显示器7和键盘8，望远镜控制模块6还通过I/O接口与所述步进电机控制器4互通连接，望远镜控制模块6通过步进电机控制器4控制步进电机3来控制天文望远镜的方位；所述导星装置5包括导星摄像头50、TFT触摸显示屏51和导星控制模块52，导星摄像头50和TFT触摸显示屏51分别通过I/O接口与导星控制模块52连接，所述导星控制模块52与望远镜控制模块6之间通过USART串行通信连接，导星控制模块处理导星摄像头的数据并检测后将控制命令发送给望远镜控制模块。

其中，导星控制模块为STM32F407VGT6微处理器，望远镜控制模块为AVRATmega128芯片，导星摄像头为OV7725摄像头，步进电机控制器为TB6560AHQ电机驱动模块，LCD显示器为LCD1602显示操作屏；整个控制系统具有自动寻星、自动跟踪和自动导星功能，并实现这些功能集成于一体的实时反馈系统，达到集专用导星摄像头及处理器于一体；导星摄像头选择OV7725摄像头，更符合导星的作用而不具有照相功能，且在寻星、导星过程中，对导星命令的解析不再设置在导星摄像头的导星控制模块上，而是设置在天文望远镜的望远镜控制模块内，从而减轻导星摄像头的工作和干扰，大幅降低整个系统的成本。

自动寻星及导星的控制方法，其特征在于，包括寻星和导星两个步骤：

如图2所示，寻星包括以下步骤：

第一步：望远镜控制模块接通电源开始工作，通过与望远镜控制模块连接的键盘，在与望远镜控制模块连接的LCD显示器辅助下，键盘输入命令进入寻星过程；

第二步：调准天文望远镜，并找到一颗容易寻找的亮星置于天文望远镜视野的中央，在望远镜控制模块的数据库中查询该亮星的赤经轴坐标、赤纬轴坐标，或者通过键盘打开望远镜控制模块的数据库，从望远镜控制模块的数据库中选择该亮星的坐标后将自动填入相关值；

第三步：输入需要寻找的目标星坐标，通过键盘从望远镜控制模块的数据库查询需要观测的星体的坐标，自动填入相关值；

第四步：完成之后，通过望远镜控制模块计算，步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪开始调整赤纬轴，赤纬轴到位后则开始调整赤经轴转动相应的角度，从而控制天文望远镜转相应的角度，开始寻星过程；

第五步：找到目标星体后，将进入自动跟踪过程，赤道仪的赤经轴以一定的速度继续运行，并且将该目标星体的坐标自动设定为基准坐标，记录该坐标，以方便找下一个目标星体；

如图3所示，导星包括以下步骤：

第一步：导星装置接通电源开始工作，并通过TFT触摸显示屏显示工作状态；

第二步：导星摄像头通过与望远镜控制模块串行通信连接的导星控制模块，获取在寻星过程中确定的目标星体在天文望远镜中的图像，并将其实时显示在TFT触摸显示屏上；

第三步：TFT触摸显示屏显示天文望远镜中目标星体的图像，点击TFT触摸显示屏上目标星体的图像，导星信号由导星控制模块发送给望远镜控制模块，则开始导星；

第四步：开始导星后，首先在导星控制模块内保存TFT触摸显示屏上目标星体的图像在TFT触摸显示屏上的坐标值，并且该坐标值作为导星过程中的参考坐标，同时在TFT触摸显示屏上的该目标星体图像周围画红圈以作提示；接着，开始检测该目标星体的移动，实时获取该目标星体在TFT触摸显示屏上的坐标，再与导星控制模块内保存的该目标星体的参考坐标进行比较，同时在TFT触摸显示屏上该目标星体移动后的星体图像周围画黄圈以作提示；

第五步：最后，导星控制模块换算目标星体在TFT触摸显示屏上产生的的坐标差值，换算后发送校准命令至望远镜控制模块，然后步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪和天文望远镜转动对应的角度，达到实时跟踪目标星体，保证目标星体的图像始终实时显示在TFT触摸显示屏上；

第六步：导星过程中，不断重复第四步和第五步，直到需要导星的星体观察结束为止。

以上所述实施例只是为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.自动寻星及导星的控制系统，包括赤道仪、天文望远镜、步进电机、步进电机控制器和导星装置，赤道仪通过接收步进电机控制器给步进电机发出的信号而控制天文望远镜的动作；其特征在于：

该控制系统还包括望远镜控制模块，望远镜控制模块通过I/O接口分别连接有LCD显示器和键盘，望远镜控制模块还通过I/O接口与所述步进电机控制器互通连接，望远镜控制模块通过步进电机控制器控制步进电机来控制天文望远镜的方位；

所述导星装置包括导星摄像头、TFT触摸显示屏和导星控制模块，导星摄像头和TFT触摸显示屏分别通过I/O接口与导星控制模块连接，所述导星控制模块与望远镜控制模块之间通过USART串行通信连接，导星控制模块处理导星摄像头的数据并检测后将控制命令发送给望远镜控制模块；导星摄像头所得的观测数据经传输到导星控制模块和望远镜控制模块，分别分析处理后生成反馈信号，通过步进电机控制器控制天文望远镜转动；

导星摄像头通过与望远镜控制模块串行通信连接的导星控制模块，获取在寻星过程中确定的目标星体在天文望远镜中的图像，并将其实时显示在TFT触摸显示屏上；

所述望远镜控制模块和导星控制模块采用一体化的嵌入式平台。

2.根据权利要求1所述的自动寻星及导星的控制系统，其特征在于，所述导星控制模块为STM32F407VGT6微处理器。

3.根据权利要求1所述的自动寻星及导星的控制系统，其特征在于，所述望远镜控制模块为AVR ATmega128芯片。

4.根据权利要求1所述的自动寻星及导星的控制系统，其特征在于，所述导星摄像头为OV7725摄像头。

5.根据权利要求1所述的自动寻星及导星的控制系统，其特征在于，所述步进电机控制器为TB6560AHQ电机驱动模块。

6.根据权利要求1所述的自动寻星及导星的控制系统，其特征在于，所述LCD显示器为LCD1602显示操作屏。

7.自动寻星及导星的控制方法，其特征在于，包括寻星和导星两个步骤：

寻星包括以下步骤：

第一步：望远镜控制模块接通电源开始工作，通过与望远镜控制模块连接的键盘，在与望远镜控制模块连接的LCD显示器辅助下，键盘输入命令进入寻星过程；

第二步：调准天文望远镜，并找到一颗容易寻找的亮星置于天文望远镜视野的中央，在望远镜控制模块的数据库中查询该亮星的赤经轴坐标、赤纬轴坐标，或者通过键盘打开望远镜控制模块的数据库，从望远镜控制模块的数据库中选择该亮星的坐标后将自动填入相关值；

第三步：输入需要寻找的目标星坐标，通过键盘从望远镜控制模块的数据库查询需要观测的星体的坐标，自动填入相关值；

第四步：完成之后，通过望远镜控制模块计算，步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪开始调整赤纬轴，赤纬轴到位后则开始调整赤经轴转动相应的角度，从而控制天文望远镜转相应的角度，开始寻星过程；

第五步：找到目标星体后，将进入自动跟踪过程，赤道仪的赤经轴以一定的速度继续运行，并且将该目标星体的坐标自动设定为基准坐标，记录该坐标，以方便找下一个目标星体；

导星包括以下步骤：

第一步：导星装置接通电源开始工作，并通过TFT触摸显示屏显示工作状态；

第二步：由于望远镜控制模块和导星控制模块采用一体化的嵌入式平台，导星摄像头通过与望远镜控制模块串行通信连接的导星控制模块，获取在寻星过程中确定的目标星体在天文望远镜中的图像，并将其实时显示在TFT触摸显示屏上；

第三步：TFT触摸显示屏显示天文望远镜中目标星体的图像，点击TFT触摸显示屏上目标星体的图像，导星信号由导星控制模块发送给望远镜控制模块，则开始导星；

第四步：开始导星后，首先在导星控制模块内保存TFT触摸显示屏上目标星体的图像在TFT触摸显示屏上的坐标值，并且该坐标值作为导星过程中的参考坐标，同时在TFT触摸显示屏上的该目标星体图像周围画红圈以作提示；接着，开始检测该目标星体的移动，实时获取该目标星体在TFT触摸显示屏上的坐标，再与导星控制模块内保存的该目标星体的参考坐标进行比较，同时在TFT触摸显示屏上该目标星体移动后的星体图像周围画黄圈以作提示；

第五步：最后，导星控制模块换算目标星体在TFT触摸显示屏上产生的的坐标差值，换算后发送校准命令至望远镜控制模块，然后步进电机控制器给步进电机发送命令，控制赤道仪和天文望远镜转动对应的角度，达到实时跟踪目标星体，保证目标星体的图像始终实时显示在TFT触摸显示屏上；

第六步：导星过程中，不断重复第四步和第五步，直到需要导星的星体观察结束为止。