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DIY天线自动追踪系统OpenATS

来源:本站整理 作者:佚名 时间:2016-08-26 TAG: 我要投稿


一、说在前面
SDR的出现让我们穷人用上了高大上的东西,可以用SDR做很多电台做不了的事情,改变了我们对无线电通信的认知。
玩无线电的可能都知道,在跟卫星进行通信的时候,由于很多卫星是非静止的,这时候就需要一个自动追踪天线。市面上也有商业成品的追踪天线,比如八重洲的某某系列,当然还有更高级的。

 
但是商业的成品价格较高,让我们穷人望而止步。国外的爱好者们,都可以用自动追踪天线来追踪卫星,不仅仅局限于无线电通联等简单项目,还可以接收气象卫星的高清HRPT云图等等,而我们国内的玩家们,大部分人还没有一款自动天线,即使有的,也局限于无线电通联。
谷歌后发现,国外的开源项目也有,鲍勃的基于树莓派的CNCTRK等等,还有国内精度不高的使用摄像机云台制作的追踪天线。摄像机云台,精度不高,成本低,如果你仅仅想用作无线电通联等项目,完全可以按照那个制作就可以。但现在我想要一款精度更高,控制更好,更适合未来无线电研究的天线。而国外的CNCTRK也不错,基于树莓派的LinuxCNC开源系统,也算是很好的一个开源项目了。需要了解的可以自己去找一下资料。但本人感觉界面不够直观,不够灵活,还是不太满意。于是决定自己动手从头制作。
经过各方面查找资料,最后确定用开源的硬件平台Arduino来完成这个项目,然后更多的困难在等着我,之前从没有接触过Arduino,开始学习Arduino编程,还好是基于C语言的还比较好上手的,再紧接着,机械系统采用什么电机?伺服?步进?什么是伺服,什么又是步进,之前的我从没有接触过这些东西。从头开始学习,一点儿一点儿累积,这个过程很艰难。我开始明白为什么全球那么多人,那么多爱好者,没几个人能做出这么一个简单的追踪系统了,表面看起来非常简单,但却牵扯的知识太多太多,包括电脑编程、电气知识、单片机编程、机械设计、地理知识、无线电知识等等。
下图是方位角图示,一周360度。

 
越是困难,越要解决。
起初我的设计是想用便宜的大功率直流电机加上精密的电位器做角度传感器,来相当于DIY一个伺服电机。为什么这么选择,因为我手上有一个废弃的船用卫星通讯天线,日本JRC公司的,它自带的便是三洋的直流电机和高精度电位器来组成了闭环控制,可以相当于伺服电机啦,既然他们能实现,我也可以啊。于是到处查找如何用电位器和直流电机来做闭环控制,代码例子也找了很多。于是开始了漫长的程序设计、编程过程。最后终于写完了,然后搭建硬件测试,这时候傻眼了。由于天线惯性太大,我的这个系统根本不能刹车,简直没法用,一无是处。DIY伺服需要硬件的支持才可以,而不仅仅是依靠Arduino当控制器。而国内有DIY伺服用的电路板,价格也是非常高。于是被迫放弃这个方案。后来转向了定位精度高的步进电机。对步进电机成本、定位精度等都非常满意。但还是更多困难接连而来,步进是开环,没有反馈。天线如何来复位?如何来防止丢步?于是便开始写程序,程序中带有步进电机记步功能,可以记录所走的所有步数,然后进行复位。丢步只能通过预防、经常校准天线等其它方法来完成。我也想用伺服电机,更好的机动控制,更好的角度控制,但是伺服太贵。整个系统做完后成本高昂,根本不能普及。
(下图中电机非成品中电机,图中电机安装后动力不足,更换了0.9N.m的加长42步进电机)                                           

 
后来研究Arduino如何来控制工业使用的步进电机,国内的文章,大多都是用Arduino玩一些小的电机。很少有人控制工业的步进电机。即使有,也几乎代码非常简单,能控制旋转就不错了。连如何将Arduino跟工业步进驱动器链接,都很少有资料。自带的步进库连同时控制两个步进电机都是奢望。这对于一个新手来说是个悲剧的过程。然后开始混迹于Arduino论坛里找资料,找代码。非常困难的过程,身边没有人能帮助你,只能从国内论坛,国外论坛,使用百度、谷歌搜索资料。好不容易写完了,后来代码可以实现简单的功能了,但是不巧,发现了开源的更好的步进电机控制库AccelStepper,这时候,猛然感觉相见恨晚。因为这个库非常好,带有加速减速本身带有记步功能,也就是说,使用这个库,你根本不用考虑那些问题,仅仅跟程序说,你想旋转到多少角度就可以了!
又是一次大修代码,说是大修改,还不如说都删掉重新写…
先是实验如何来控制步进电机,如何来应用加速度。最后开始设计整个系统。用现有的追踪软件来做上位机(追踪平台)可以大大降低我的工作量。并且现在的追踪软件都非常好。确定好用现有的电脑追踪软件平台入手后,开始找个合适的软件做上位机控制器,追踪软件又有好多:Orbitron、WXtrack、Xtracker等等免费的卫星追踪软件,都很不错。国内的圈子局限于Orbitron,Orbitron虽然表现不错,但已经很久没有维护更新了,支持的追踪器协议也是非常少。而WXtrack个人人为是目前最好的卫星追踪软件,国外很多玩家也是如此认为。本人之前一直用WXtrack来追踪卫星。作者大卫.泰勒虽然一大把年纪也一直在对软件进行更新、支持,真是感谢无线电领域的这位大佬所做的贡献。

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