最近的日環(huán)食吸引了一大波天文愛好者。在我所居住城市的科技中心大樓外就有一臺(tái)大型的天文望遠(yuǎn)鏡，它可以鳥瞰宇宙中的其他星球。我一直認(rèn)為那些真實(shí)存在、又遙不可及的外太空與微小的我有著某種神秘的聯(lián)系。

我準(zhǔn)備用樹莓派和天文望遠(yuǎn)鏡復(fù)制一臺(tái)智能的行星觀測(cè)器。從 NASA 獲取已知行星的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后這臺(tái)儀器就可以自動(dòng)調(diào)整角度，聚焦這顆行星，讓我可以很方便地觀測(cè)它們。相信它將很好地帶你觀看和感受地球之外的外太空世界。

視頻演示

材料清單

樹莓派 3B ×1

16×2 LCD 屏幕 ×1

帶驅(qū)動(dòng)器的步進(jìn)電機(jī) 28-BYJ48 ×2

按鈕 ×3

法蘭聯(lián)軸器 5mm ×2

按鈕指南針 ×1

M3 螺栓/螺母 ×8

3D 打印外殼 ×1

3D 打印望遠(yuǎn)鏡 ×1

行星坐標(biāo)數(shù)據(jù)

這里將介紹兩種定位行星的方法。

1、使用水平坐標(biāo)系。它可以從北方(方位角)向上方傾斜和從地平線(高度)向上方傾斜，因此是以你的位置而定，所以角度會(huì)有所不同。此方法以北方作為參考。

請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接查看：

https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal_coordinate_system

2、將樹莓派連上 WiFi 后，直接連接到 NASA 獲得數(shù)據(jù)。

訪問行星數(shù)據(jù)

從 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)獲取數(shù)據(jù)：

https://ssd.jpl.nasa.gov/?horizons

訪問數(shù)據(jù)前需要安裝 AstroQuery 庫(kù)，用于查詢行星網(wǎng)絡(luò)表單和數(shù)據(jù)庫(kù)的工具。

請(qǐng)點(diǎn)擊下載安裝：

https://astroquery.readthedocs.io/en/latest/jplhorizons/jplhorizons.html

請(qǐng)確保安裝最新版本的 Raspbian(我使用的是3.7.3版)。

打開終端運(yùn)行命令：

sudo apt install python3-pip

然后使用 pip 安裝 astroquery 的升級(jí)版本。

pip3install--pre--upgradeastroquery

在繼續(xù)完成項(xiàng)目前，請(qǐng)使用簡(jiǎn)單的 Python 腳本訪問該數(shù)據(jù)，確保正確安裝了所有的依賴項(xiàng)。

from astroquery.jplhorizons import Horizonsmars = Horizons(id=499, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')eph = mars.ephemerides()print(eph)

接下來(lái)會(huì)顯示火星的詳細(xì)位置。

請(qǐng)點(diǎn)擊該鏈接查看火星定位是否正確：

https://theskylive.com/planetarium

為了方便查詢，我會(huì)做簡(jiǎn)化處理。其中 id 表示是 JPL 數(shù)據(jù)中與火星的數(shù)據(jù)，epochs 表示獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間，id_type 表示詢問太陽(yáng)系主體?！?00”在格林威治天文臺(tái)的位置代碼中表示英國(guó)的位置。其他位置可點(diǎn)擊查看：

https://minorplanetcenter.net//iau/lists/ObsCodesF.html

故障排除：

如果出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)：No module named ‘keyring.util.escape’

可以在終端中輸入以下命令：

pip3install--upgradekeyrings.alt

編程

為了找到精確的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在 getPlanetInfo 方法修改位置信息(使用上一步中的天文臺(tái)的列表修改這里的 location)

def getPlanetInfo(planet): obj = Horizons(id=planet, location='000', epochs=None, id_type='majorbody') eph = obj.ephemerides() return eph

完整的 python 腳本，請(qǐng)?jiān)陧?xiàng)目文件庫(kù)中下載：

https://make.quwj.com/project/240

連接硬件

在該步驟中，要連接面包板、跳線、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、LCD 屏幕和三個(gè)按鈕。

在樹莓派上找到引腳，在終端上輸入

pinout

它會(huì)可以顯示 GPIO 編號(hào)和板子編號(hào)。

連接方式如下：

第一個(gè)進(jìn)電機(jī) – 7、11、13、15

第二個(gè)進(jìn)電機(jī) – 40、38、36、32

按鈕 1 – 33

按鈕 2 – 37

按鈕 3 – 35

顯示屏 – 26、24、22、18、16、12

全部連接后，運(yùn)行 python 腳本

python3 planetFinder.py

在屏幕上會(huì)顯示設(shè)置文本，并且按鈕可以啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

3D 打印外殼

1、3D 打印外殼。

所有打印 STL 文件，請(qǐng)?jiān)陧?xiàng)目文件庫(kù)下載：

https://make.quwj.com/project/240

2、測(cè)試外殼

外殼組裝到位后，進(jìn)行其他組件的安裝。將按鈕安裝到位，固定顯示幕和步進(jìn)電機(jī)，打磨外殼，確保所有組件都能正常使用。

安裝電子組件

1、安裝步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)將控制位于外殼上方的望遠(yuǎn)鏡的仰角，因此需要延長(zhǎng)電線以便旋轉(zhuǎn)。請(qǐng)如圖進(jìn)行安裝。

接線完成后，運(yùn)行 python 腳本，檢查是否一切正常。

然后將電線放回管內(nèi)，直到步進(jìn)電機(jī)就位，再將步進(jìn)電機(jī)固定在外殼上，然后將外殼粘合。

2、安裝按鈕和 LCD 屏幕

如圖所示安裝按鈕，在焊接前使用螺母使其固定到位。

再使用 M3 螺栓和螺母固定 LCD 顯示器。請(qǐng)將 LCD 其中一個(gè)引腳焊接到電位計(jì)上。

在將所有的組件粘合之前，再次測(cè)試代碼，確保所有能夠正常工作，因?yàn)樵撾A段更容易修復(fù)。

3、添加法蘭聯(lián)軸器

將 3D 打印的底座連接到步進(jìn)電機(jī)。

將法蘭聯(lián)軸器安裝在步進(jìn)電機(jī)的頂部，并用螺釘固定到位。

將望遠(yuǎn)鏡安裝到旋轉(zhuǎn)塔頂上的電機(jī)很簡(jiǎn)單，因?yàn)橛凶銐虻目臻g可以將小螺釘固定到位。

一個(gè)法蘭器粘連在旋轉(zhuǎn)塔架的底座上，另一個(gè)安裝在望遠(yuǎn)鏡上。

再次測(cè)試，如果有問題，馬上修復(fù)并確保所有連線正確。

啟動(dòng)

因?yàn)橄氚阉?dú)立運(yùn)行，而不是每次手動(dòng)代碼尋找行星，因此將其設(shè)置為在樹莓派開啟時(shí)運(yùn)行代碼。

在終端中輸入。

1crontab -e

在打開的文件中，在文件末尾，另起一行輸入。

1@reboot python3 /home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py &

代碼保存在 PlanetFinder 文件夾中，因此文件位置為：

/home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py。如果你保存在其他地方，請(qǐng)?jiān)诖颂幐摹?/p>

說(shuō)明：它允許代碼在后臺(tái)運(yùn)行，因此它在啟動(dòng)時(shí)不會(huì)阻止其他進(jìn)程。

完成組裝

將小指南針添加到旋轉(zhuǎn)底座的中間，最后，將所有的組件安裝到位。

使用方法

1、當(dāng)望遠(yuǎn)鏡開始啟動(dòng)時(shí)，調(diào)整垂直軸。按下向上和向下按鈕可以移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，調(diào)整好后按下 OK 按鈕即可(位于底部)。

2、調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度，使用按鈕旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，直到小指南針將望遠(yuǎn)鏡指向北，然后按下 OK 按鈕即可。

現(xiàn)在，你可以使用向上、向下按鈕選擇行星，確定好后按下 OK 按鈕即可。它將顯示選定行星的高度和方位角，指向它幾秒后再轉(zhuǎn)向北。

目前為止，項(xiàng)目就完成了。你會(huì)去尋找哪一顆行星呢?!

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：太強(qiáng)了！樹莓派打造智能的行星觀測(cè)器

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