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大型的天文望遠鏡，它可以鳥瞰宇宙中的其他星球。我一直認(rèn)為那些真實存在、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鏡復(fù)制一臺智能的行星觀測器。從 NASA 獲取已知行星的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，然后這臺儀器就可以自動調(diào)整角度，聚焦這顆行星，讓我可以很方便地觀測它們。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)動器的步進電機 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，所以角度會有所不同。此方法以北方作為參考。

請點擊鏈接查看：

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 噴氣推進實驗室(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，用于查詢行星網(wǎng)絡(luò)表單和數(shù)據(jù)庫的工具。

請點擊下載安裝：

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

請確保安裝最新版本的 Raspbian(我使用的是3.7.3版)。

打開終端運行命令：

sudo apt install python3-pip

然后使用 pip 安裝 astroquery 的升級版本。

pip3install--pre--upgradeastroquery

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

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

接下來會顯示火星的詳細位置。

請點擊該鏈接查看火星定位是否正確：

https://theskylive.com/planetarium

為了方便查詢，我會做簡化處理。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)的時間，id_type 表示詢問太陽系主體。“000”在格林威治天文臺的位置代碼中表示英國的位置。其他位置可點擊查看：

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

故障排除：

如果出現(xiàn)報錯：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，請在項目文件庫中下載：

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

連接硬件

在該步驟中，要連接面包板、跳線、兩個步進電機、LCD 屏幕和三個按鈕。

在樹莓派上找到引腳，在終端上輸入

pinout

它會可以顯示 GPIO 編號和板子編號。

連接方式如下：

第一個進電機 – 7、11、13、15

第二個進電機 – 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，運行 python 腳本

python3 planetFinder.py

在屏幕上會顯示設(shè)置文本，并且按鈕可以啟動步進電機。

3D 打印外殼

1、3D 打印外殼。

所有打印 STL 文件，請在項目文件庫下載：

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

2、測試外殼

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

安裝電子組件

1、安裝步進電機

步進電機將控制位于外殼上方的望遠鏡的仰角，因此需要延長電線以便旋轉(zhuǎn)。請如圖進行安裝。

接線完成后，運行 python 腳本，檢查是否一切正常。

然后將電線放回管內(nèi)，直到步進電機就位，再將步進電機固定在外殼上，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。請將 LCD 其中一個引腳焊接到電位計上。

在將所有的組件粘合之前，再次測試代碼，確保所有能夠正常工作，因為該階段更容易修復(fù)。

3、添加法蘭聯(lián)軸器

將 3D 打印的底座連接到步進電機。

將法蘭聯(lián)軸器安裝在步進電機的頂部，并用螺釘固定到位。

將望遠鏡安裝到旋轉(zhuǎn)塔頂上的電機很簡單，因為有足夠的空間可以將小螺釘固定到位。

一個法蘭器粘連在旋轉(zhuǎn)塔架的底座上，另一個安裝在望遠鏡上。

再次測試，如果有問題，馬上修復(fù)并確保所有連線正確。

啟動

因為想把它獨立運行，而不是每次手動代碼尋找行星，因此將其設(shè)置為在樹莓派開啟時運行代碼。

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，請在此處更改。

說明：它允許代碼在后臺運行，因此它在啟動時不會阻止其他進程。

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)望遠鏡開始啟動時，調(diào)整垂直軸。按下向上和向下按鈕可以移動望遠鏡，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)望遠鏡，直到小指南針將望遠鏡指向北，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，項目就完成了。你會去尋找哪一顆行星呢?!

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：太強了！樹莓派打造智能的行星觀測器

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