หมายเหตุ ในวงจรหลายภาพ บริเวณ R1 รูปหายไป กำลังเร่งแก้ครับ

http://ppantip.com/topic/35228265
http://ppantip.com/topic/35244410

การสร้างวงจรขับ motor ที่ถูก, ง่าย, แม่นยำสูง สำหรับ การถ่ายภาพดาราศาสตร์ด้วย Barn-door mount หรือการควบคุมที่ต้องการความ
แม่นยำสูง.
(Cheap and high accuracy motor driver for star tracker)

วัตถุประสงค์
ใช้เป็นแนวทางการสร้างวงจรขับ Stepper Motor ที่ควบคุมได้แม่นยำสูง

บทนำ

เมื่อไม่นานมานี้เองผมได้สนใจที่จะถ่ายภาพท้องฟ้าช่วงที่ไปนั่งดูดาวทุกครั้งที่ไปเที่ยว  หลายครั้งก็จะถ่ายภาพท้องฟ้าหรือทางช้างเผือกกลับมาดูด้วยอุปกรณ์ง่ายๆ ที่เราเรียกว่า barn-door mount (หรือตัวอย่างจากรูปนาย Philip Harington  http://www.philharrington.net/scotch.htm) หรือตัวตามดาวแบบบานพับประตูครับ




ผมได้พบว่ามันค่อนข้างลำบากและใช้ความอดทนมากในการที่จะควบคุม Barn-door ด้วยมือ ทั้งยังขาดความแม่นยำ ดังนั้นทำให้เป็นการขับเคลื่อนด้วย motor แทน อย่างไรก็ตามมีข้อมูลน้อยมากในเรื่องดังกล่าวใน internet ส่วนใหญ่จะมีแต่รูปแต่ไม่มีความชัดเจนอันใด ทั้งยังค่อนข้างแพง วงจรในท้องตลาดที่มักเน้นหมุนเร็วๆ ซึ่งไม่ใช่คำตอบที่จะใช้ได้เลย ในการที่เราต้องการความแม่นยำสูงมากๆ ควบคุมได้ ผมเลยจำใจต้องงมๆออกแบบมันเอง


เริ่มจากการใช้ stepper motor แทน DC motor เพราะจะสามารถควบคุมได้แม่นยำกว่า ใครไม่รู้จัก stepper motor ก็จะอธิบายคร่าวๆคือ มันจะมีขั้วหลายขั้วเราจะต้องต่อไฟมันไปทีละขั้ว มันจะหมุนไปนิดเดียวอาจแค่ 5 องศาแล้วหยุดครับต้องต่อใหม่ไปเรื่อยๆเราจึงต้องมีวงจรคอยสลับขั้วให้มัน ต่างกับมอเตอร์อื่นที่เสียบปลั๊กหมุนปุ๊บครับ ข้อดีคือมันหมุนแม่นมาก คงที่ตามระยะองศาตลอด


อย่างไรก็ตามวงจรควบคุม Stepper motor ทั่วไปในท้องตลาดหรือใน web site ต่างๆมีความต้องการตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับที่ต้องการ สิ่งที่การถ่ายภาพดาวที่ต้องการคือหมุนช้ามากจนเกือบหยุด

วงจรที่จะนำเสนอถัดไปจะเป็นวงจรที่ง่าย ที่สามารถควบคุม motor แต่ละ step ให้น้อยกว่า 0.1 Hz หรือ แม้แต่0.01 Hz แล้วแต่ต้องการโดยลงทุนต่ำมากไม่เกิน 300-500 บาท ง่ายที่จะสร้าง อุปกรณ์หาได้จาก Ebay หรือร้านอะไหล่อิเล็คโทรนิก ทั่วไป
ผมจะอธิบายการสร้างวงจรเท่านั้นครับ ส่วน Barndoor และการคำนวน อาจหาจาก Internet เยอะมาก ส่วนเรื่องเรื่องความรู้ Electronic นี่ก็แค่นับเลขเป็นต่อขั้วบวกลบถูกและเชื่อมสายไฟเป็นนิดหน่อยก็พอได้อยู่ครับ เพราะรูปและขา IC จะมีให้มาหมด หากมีคนคิดจะทำหลายคนผมแนะนำว่าไปให้ใครวาดลง pcb แล้วไปกัดที่ร้าน Seagate แถวบ้านหม้อเลยครับ การอธิบายจะยืดเยื้อไปหน่อยเพื่อให้นักถ่ายภาพที่มักมีความรู้ด้านช่างนิดหน่อยทำเองได้ครับ ใครรู้เยอะแล้วไปท้ายๆแล้วทำเลย

การสร้าง
หลักการของ Stepping motor คือมี ตัวสร้างสัญญาณ ตัวควบคุมมอเตอร์ ตัวขับมอเตอร์ และ มอเตอร์  ตามรูป


1 Signal Generator ตัวสร้างสัญญาณ
ตัวสร้างสัญญาณจะทำหน้าที่สร้าง การดล pulse เพื่อให้ motor หมุนเร็วหรือช้า pulse ถี่ๆก็หมุนเร็วๆ Pulse ห่างๆนานๆทีก็หมุนช้าๆ การสร้างสัญญาณก็ใช้ IC ที่โหลมากหาได้ตามร้านอิเล็กทุกร้าน IC555 (ทำเสียงหัวเราะไปด้วย 555)ตัวละ 8 บาท หากซื้อ Ebay ตัวละ 2 บาท (ขายได้ไงไม่เข้าใจ แต่ต้องซื้อทีละร้อยตัว)  ต่อวงจรตามรูปข้างล่าง ดูรูป IC555 และชื่อขามองจากด้านบน (ท่านที่เป็นเซียน electronic อย่ารำคาญกระทู้นี้สำหรับคนที่มีพื้นฐานเป็นศูนย์และ เพื่อการถ่ายภาพครับ แนะนำไปวงจรสุดท้ายเลยหากเป็นเซียนแล้ว)  ระวังเวลาเชื่อมลงบอร์ด มันตีลังกามองจากข้างล่างนะอย่าเชื่อมผิดขา วงจรก็ประกอบด้วย ตัว IC, resistor, Variable Resistor VR
อย่าพึ่งถอดใจหากดูไม่รู้เรื่องให้รู้แค่นั้นครับ เวลาสุดท้ายให้ใส่อุปกรณ์ตามวงจรที่ให้มาครับ แต่ต้อง หลังไมค์ครับ





ในวงจรจะมี VR (บ้านเราเรียกว่า Volume เพราะปกติในวิทยุมันใช้ปรับเสียงเบาเสียงดัง) VR1 ใช้ปรับความถี่อีกตัว VR2 ใช้ปรับละเอียด มันจะมี 3 ขาตามรูป ใช้ขากลาง กับ ซ้าย (หากต่อไปแล้วหมุนแล้วแทนที่ความเร็วจะลดดันเพิ่มก็ต่อข้างขวาแทนนะครับ)  


ส่วน C หรือ capacitor ก็ต่อตามนั้นครับ ระวังแค่ตัวเดียวคือ C3 เพราะมันมีขั้ว ดูข้างกระป๋องมันด้วยว่าข้างไหนบวกไหนลบ ไม่งั้นระเบิด วงจรจะสร้างความถี่ออกมา 25Hz-2.6kHz ครับพอทุกช่วงการถ่ายภาพดาวครับ


2 Stepping Motor Controller ตัวควบคุมมอเตอร์
ต่อสัญญาณจาก pin 3 ของ IC555 ไปเข้าตัวควบคุม IC L297 ราคาก็ ไม่เกิน 200 หรือสั่งจาก Ebay  IC ทำหน้าที่ไปควมคุมมอเตอร์ให้หมุนซ้าย หมุนขวา หมุนทีละครึ่ง หมุนเต็ม ตามสัญญาณที่มาจาก IC555 ครับ pulse ทีก็หมุนที เราไม่ต้องไปนั่งปวดหัวสั่ง Motor ครับ ส่วนอยากให้หมุนซ้ายหมุนขวาเราก็แค่ต่อสวิทช์ s1,s2,s3 ไปที่ขาต่างๆ ของ IC ครับ s1 ควบคุมหมุนซ้าย หมุนขวา s2 หมุนเต็ม step หรือ ทีละครึ่ง s3 เหมือนปุ่มเปิดปิด ครับ ไม่ต่อก็ได้เพราะผมเปิดตลอด ต่อได้ก็ดีหากจะให้หยุดหมุน



ถึงนี้แล้วคงไม่งงนะครับเพราะง่ายๆ

3 Motor driver and motor
ตัวขับมอเตอร์ กับมอเตอร์ ไม่ต้องไปเสียเวลาทำครับ ซื้อ Ebay หรือร้านขายอุปกรณ์หุ่นยนต์



ต่อตามรูปเลยครับจะทำ หัวเสียบหรือเชื่อมติดก็ได้เรียงตามที่ผมเขียนนะครับอย่าสลับ ขา 4,7,6,9




จริงๆแค่นี้ก็ใช้ได้แล้วทำไม่ถึงวันก็เสร็จครับสำหรับพื้นฐานวงจร การวัดความถี่ว่าออกมาเท่าไรก็เอา มัลติมิเตอร์ ที่มี option วัดความถี่ได้วัดครับ ตัวละไม่กี่ร้อย วัดความถี่ที่ขา 3 ของ IC 555 เลยครับ


เพิ่ม Option ให้สะดวก
จะเห็นว่าแค่ต่อวงจรข้างบนมันก็ทำงานแล้ว วัดความถี่ที่ต้องการให้ stepper motor หมุนโดยใช้ multimeter ที่มีจุดวัด Hz
แต่หากไม่สะดวก ให้ซื้อ frequency meter มาต่อเลย ซื้อที่เป็น 5v 0-9999Hz นะครับอย่าซื้อผิดโวลท์ผิดความถี่นะครับซื้อจาก Ebay 297 บาท  มันมี 3 ขามีสายแถมมา มีสายไฟเลี้ยงก็ต่อกับ 5V สายกราวด์ GND ก็ต่อไฟลบ อีกเส้นสายสัญญาณก็ต่อ ขา 3 IC555 ตามรูปครับ



ต่อสวิทช์กับ ไฟ 5v ของ meter ด้วยพอเราปรับเสร็จจะได้ปิดได้แสงจะไม่แยงตากลางคืน



การปรับเสริมเพิ่มเติมให้ละเอียดขึ้น

วงจรด้านบนจะควบคุมความเร็วการหมุนละเอียดสุดที่ 1 Hz จริงๆพอแล้ว แต่บางครั้ง เราปรับแล้วแต่การถ่ายภาพยังเคลื่อนแล้วต้องการปรับที่ 0.1 หรือ 0.5 Hz นั้นจะทำไม่ได้ วิธีแก้ปัญหาคือเพิ่ม IC หาร10 เข้าไปแทรกระหว่าสัญญาณออก ขา 3 ของ IC555 กับ สัญญาณเข้าขา18 IC L297 โดยใช้ IC 7490 โดยเชื่อมแต่ละขาของ IC 7490 ดังรูปแล้วเอาไปต่อแทรกในวงจร



ต่อสวิทช์ 3 ขาเอาไว้เลือกด้วยว่าจะทำงานแบบปกติหรือแบบหาร 10


ด้วยวิธีนี้เราจะสามารถปรับความถีละเอียดลงไปอีก 10 เท่า แต่ที่ display ของ meter จะเท่าเดิมแต่พึงจำว่าตำแหน่งสุดท้ายจะกลายเป็นค่า 0.1 Hz แทน  หากจะละเอียดลงไปอีกก็เอา 7490 รับสัญญาณจากตัวแรก มันก็จะออกมาเป็น 0.01 Hz
สรุปวงจรจะเป็นตามด้านล่างครับ



ไฟเลี้ยง ผมแนะนำว่าทำหัวเป็น USB เลยครับ ให้ไปเปิด ใน net ดูว่า สายไหน บวกสายไหนลบ หรือลองเสียบไฟแล้วใช้มิเตอร์วัดดู เพราะว่า USB จ่ายไฟ 5V เดี๋ยวนี้มีเกร่อ Adapter  เหลือๆก็เยอะ หาง่าย ใช้กับ adapter ที่จุดบุหรี่ก็ได้ คอมก็ได้ ได้ทุกค่าย  เวลาไปถ่ายกลางทุ่งผมใช้ power bank ครับ

หมายเหตุ VR อย่าเชื่อมติดแผงวงจรให้ต่อสายมา เพราะเราจะเอาไปไว้ที่ฝากล่อง
R4+VR2 ตัดทิ้งก็ได้ผมรู้สึกว่ามันมีประโยชน์น้อย


เพิ่มเติมครับ
การใช้กับ Motor แบบอื่น

การต่อ Motor 2 Phases
บางกรณีเรามี Motor แบบ 2 Phases ก็ทำแบบนี้ครับ สลับขั้วขาออก ICL297 นิดหน่อย


สำหรับ DRV8255 ที่ใช้แทน ICL297
    ให้นำเอา สัญญาณที่ออกจาก SW4 ที่เคยต่อเข้าขา 18 ของ ICL297 ต่อเข้าขา Step  แทน ส่วน DIR ทำสวิทช์ไว้เลือกทิศทางครับ ดูรูป วิธีใช้อ่านที่ https://www.pololu.com/product/2133 ตัด ICL297 ทิ้ง แต่ DRV ทำงานที่ V ไม่เท่ากันต้องระวัง


รูปวงจรจริง (ในรูป IC ขวาสุดตัวที่ 4 เพิ่มเข้ามาคือ IC ขับ Motor แต่ยกเอามาไว้ในบอร์ด ซึ่งไม่จำเป็นซื้อสำเร็จมาต่อภายนอกก็ได้ครับ โดยต่อไปที่ To External Step Motor Driver เหมือนที่อธิบายข้างบนครับ รูปวงจรจริงชื่อ R อาจไม่ตรงกัน และมีส่วนเพิ่มเติมอาจต้องไปดูในกระทู้การใช้งานที่จะอธิบายต่อเพราะกระทู้นี้เขียนต่อไม่ได้แล้วครับ)





ปิดมอเตอร์.


เปิดมอเตอร์ตามดาว


เนื่องจากในกระทู้ไม่สามารถ ลงพวก file ลายวงจรได้ หากใครสนใจจะทำก็ติดต่อหลังไมค์ได้ครับ

หากเห็นว่ามีประโยชน์ก็ช่วยกันดันด้วยครับ


หัวข้อเพิ่มเติม กรณีมีคนถาม

1) 2 Phases Motor ใช้อะไร Drive

ใช้ driver หน้าตาแบบนี้ก็ได้ครับ (วงจรนี้ขับ DC Motor ก็ได้ 2 ตัว) แต่อย่าลืมสลับสาย 6 กับ 7 เมื่อออกมาจาก L297 นะครับ
อนึ่งเมื่อใช้ motor กินไฟมากๆ หรือ ไม่ใช่ 5 V ควรแยก power supply ของ motor กับวงจรออกจากกัน โดยใช้ไฟเลี้ยงมอเตอร์ต่อเข้ากับ supply voltage ของบอร์ด Motor driver ครับ และอย่าลืมเอาขั้วลบทั้งสองเชื่อมต่อกันครับ

2) Motor ไม่ค่อยมีแรง ยกกล้องไม่ไหว
เราอาจใช้วิธีการถ่วงน้ำหนักที่ Mount เพื่อให้น้ำหนักล้องไม่มีผล หรือ
เราอาจเปลี่ยนจาก Motor เล็กๆถูกๆมาเป็น แรงเยอะ แต่ต้องแลกมากับการกินไฟ แพงกว่า 5 เท่าและสั่นสะเทือนครับ


ตัวนี้เป็น ยี่ห้อ moons 2 Phases Motor เแรงบิดเยอะมาก อย่าเลือกผิด volt นะครับ เลือก 5v
Driver ตัวที่ให้ดูในข้อ 1 มันขับได้ทั้ง DC Motor และ stepper motor มันไม่ร้อนไม่ต้องมี heatsink อนึ่งหากใข้ moons motor สายไฟจาก  Motor จะเป็น A B -A -B แต่พอมาที่หัวต่อมันสลับให้เราเป็น A -A B -B ดังนั้น ที่ Driver เราก็ต่อเรียง