單片機(jī)在赤道式天文望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

一 前言

　　縱觀當(dāng)前國內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡市場，大大小小的望遠(yuǎn)鏡都配上了電腦，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)控制，這樣無形之中就增加了產(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(yuǎn)鏡也必須得配一臺(tái)電腦，脫離了電腦，就只能進(jìn)行一些簡單的手動(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(jī)的匯編語言編制了望遠(yuǎn)鏡自動(dòng)找星的程序，實(shí)現(xiàn)了把手盒自動(dòng)找星的功能。

二 系統(tǒng)硬件概述

　　本控制系統(tǒng)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(jī)及把手盒通信，也可以單獨(dú)和他們通信，一片XC95108-84負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)分頻等工作，一片MC146818時(shí)鐘芯片，用來產(chǎn)生恒星時(shí)，附加一些外圍接口電路，具體詳情見（圖一），因?yàn)楸疚闹亟榻B的是算法部分，因此硬件部分不再細(xì)述。

下位機(jī)系統(tǒng)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(jī)（工控機(jī)）部分，把手盒部分，下位機(jī)部分以及功放模塊部分。其中PC機(jī)和把手盒分別與下位機(jī)的主電腦CPU（W77E58）通信，由串行電纜連接，實(shí)現(xiàn)通信，功放模塊（驅(qū)動(dòng)部分）與下位機(jī)連體，由數(shù)據(jù)線直接連接，下面我們主要介紹下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)流程及算法思路：

　　1、 設(shè)計(jì)思路

　　我們應(yīng)該明確該設(shè)計(jì)的目的，即實(shí)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡自動(dòng)找星的功能，具體地說，首先得給望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行位置的準(zhǔn)確標(biāo)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(yuǎn)鏡視場的正中央，放在主鏡的十字線的中心，此時(shí)把這顆星的坐標(biāo)位置由把手盒輸入進(jìn)去，定標(biāo)替換望遠(yuǎn)鏡原來的位置，然后以這顆星為基本點(diǎn)，根據(jù)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(tǒng)在程序中做進(jìn)了掉電保護(hù)模塊，因此，對(duì)望遠(yuǎn)鏡而言，調(diào)試完畢之后只需要標(biāo)定一次，以后每次關(guān)機(jī)之前系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)保存望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置，給用戶帶來了極大的方便，自動(dòng)找星時(shí)，我們給望遠(yuǎn)鏡輸入天空星體的天文坐標(biāo)（α，δ）之后，望遠(yuǎn)鏡根據(jù)當(dāng)前自身指向的天區(qū)位置以及待尋目標(biāo)星所處的天區(qū)位置選擇一條合適的路徑，驅(qū)動(dòng)赤經(jīng)、赤緯電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使其指向目標(biāo)星，讓目標(biāo)星體落入望遠(yuǎn)鏡視場，找星結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)入跟蹤，望遠(yuǎn)鏡的指向與天體的坐標(biāo)是通過恒星時(shí)聯(lián)系起來的，因此我們需要知道恒星時(shí)，每次觀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(dāng)?shù)氐牡胤胶阈菚r(shí)

　　顯然我們可以把望遠(yuǎn)鏡的時(shí)角和星體的時(shí)角對(duì)應(yīng)起來，在跟蹤狀態(tài)時(shí)，為了克服地球自轉(zhuǎn)的影響，時(shí)角在以每時(shí)秒15個(gè)角秒的速度沿著反地球自轉(zhuǎn)方向勻速運(yùn)動(dòng)，因此在赤經(jīng)方面主要是實(shí)時(shí)地采集當(dāng)?shù)氐牡胤胶阈菚r(shí)，不停的刷新顯示，計(jì)算目標(biāo)星的時(shí)角，最終讓望遠(yuǎn)鏡的動(dòng)態(tài)時(shí)角值等于目標(biāo)星的時(shí)角，這樣赤經(jīng)找星完畢;在赤緯方面，因?yàn)楹阈堑某嗑暿遣蛔兊模晕覀冎恍枰獙⑼h(yuǎn)鏡的動(dòng)態(tài)赤緯顯示值不斷的靠近目標(biāo)星的赤緯值，不過對(duì)赤道式望遠(yuǎn)鏡而言，得需要考慮望遠(yuǎn)鏡的所處天區(qū)的位置以及目標(biāo)星的位置，選擇合適的找星路徑，確保望遠(yuǎn)鏡的鏡筒的姿勢(shì)正確，至于限位部分，可以根據(jù)客戶要求自行設(shè)定。