Articoli

Eccoci dunque arrivati alla fase conclusiva di questa parte di spiegazioni, con il rilascio del PCB.

Il PCB che ho creato lo potete vedere di seguito:

SCARICATE IL PDF DA QUESTO LINK!

Su questa board creata, se ne possono dire mille, si poteva fare oggettivamente meglio, non è bella da vedere  Considerate che io non sono in grado ad oggi di stampare su due facce le schede presensibilizzate ma solo su una, imparerò presto spero ma al momento preferisco cose “pratiche” e piu comode, anche se meno valide dal punto di vista dell’eleganza di progettazione.Inoltre come spesso capita, quando trovi “la quadra” e tutto funziona, non ci si pone poi il problema di farlo “meglio” semplicemente si adempie allo scopo e  finita li. La board vi garantisco che funziona.

Inoltre, considerate questo un lavoro che ho prodotto senza avere chissà quali basi di elettronica quindi consideratela sempre una “beta” e se avete consigli per migliorare, non aspetto altro. Lo scopo di tutto questo è darvi uno spunto, non fare il figo quindi, il progetto è di tutta la ormai numerosa comunità che segue questo blog.

COME STAMPARE E PREPARARE IL PCB

Il PCB l’ho creato per la stampa tramite bromografo. Si prende un foglio “lucido” e una stampante laser. Si stampa tenendo bene in mente che dovrà essere stampato a dimensione originale (alcune versioni di Adobe propongonodi default una stampa a pieno foglio).

A quel punto si prepara, come detto in precedenza, il materiale “chimico”, ricordandoci che

a) la soda caustica va versata piu o meno in queste dosi: un cucchiaio da minestra in 0.75 lt di acqua – e si deve far sciogliere bene

b) tenersi sempre una vaschetta d’acqua di rubinetto per il risciacquo

c) scaldare il cloruro ferrico a bagnomaria se si lavora in ambienti molto freddi.

Nota: la stampa va messa sul bromografo con la parte in cui è depositato il toner voltata verso l’alto (ergo, verso la superficie della piastra presensibilizzata che andrà incisa)

Ricordatevi poi di far scaldare un pò i neon del bromografo prima di iniziare la procedura, questo vi eviterà grane dovute allo sfarfallio dei neon a freddo.

Il PCB creato, una volta sciolto il rame in eccesso son il cloruro ferrico, andrà poi forato. Per forarlo

Vediamo ora nel dettaglio le varie parti del PCB, con una immagine che vi servirà da specchietto per installare correttamente tutti i componenti:

 

Nota: le due piazzole con scritto PWM vanno collegate insieme da un ponticello.

E per finire la lista delle corrispondenze tra sigle e componenti

[pdf-embedder url=”https://www.osservatorio-hypatia.it/wp-content/uploads/2017/02/Fritzing-Bill-of-Materials-3.pdf” title=”Fritzing Bill of Materials”]

 

Bene, fatto questo il tutorial è quasi finito. E’ probabile che in futuro ci sia un intervento da parte del mio carissimo amico Michele per parlarci del metodo di trasmissione del freddo che ha utilizzato per la sua Reflex.

Se volete scaricare il materiale in download, ho preparato una cartella con dentro tutto il necessario.

SCARICA CARTELLA COMPLETA

Per quel che riguarda ciò che è di mia competenza, invece, scriverò a breve un’appendice a questo tutorial proprio per osservare la creazione della board insieme, corredata di documentazione fotografica. A presto!

Pronti per lo sketch?

Arrivati a questo punto, dal momento che abbiamo tutta la circuiteria impostata, iniziamo a mettere mano al codice.

Non spiegherò come collegare arduino al pc, installare librerie etc.etc., tutte cose che le trovate in giro nel net e fanno parte dell’ABC di questo dispostivo.

Partiamo dalle Librerie: le librerie che ci servono sono 3:

  • Quella dello Schermo LCD 12c che potete scaricare a  questo LINK
  • Quella del Termistore NTC che potete scaricare a questo LINK

Scaricate ed installate queste librerie possiamo iniziare, richiamando tutte le librerie che ci necessitano

LA LOGICA CON CUI HO CREATO IL FIRMWARE

Il firmware è creato in questo modo, lo spiego testualmente ma poi troverete ulteriori righe di testo all’interno del codice.

Partiamo dallo stato iniziale. Si accende il dispositivo, e viene immediatamente rilevata la temperatura. Inquesta fase ci si trova in modalità Manual (quindi “Manual” scritto sull’LCD e LED spento), con la potenza erogata pari a 0% Questo si rende necessario per evitare di accendere e far schizzare la peltier a palla.

Bene, la peltier viene gestita in PWM tramite il comando MAP che definisce una rimappatura dei valori.  Il PWM consente valori da 0 a 255, mentre le percentuali vanno da 0 a 99. Col comando MAP si riesce a rimappare proporzionalmente i due valori, in moco che se, esempio, io inserisco 10% di utilizzo, il Pin3 scrive un valore pari a 25, e via di seguito

I pulsanti invece vengono gestiti con un contatore che scrive un valore temporaneo quando viene letto un cambio di stato sui pin a cui sono collegati. In questo modo si va a creare un contatore che permette di integrare o diminuire i valori (esempio Settare la temperatura o la potenza erogata), aumentando o diminuendo ad ogni pressione il valore memorizzato nel contatore. Questa routine avviene per tutti e tre i bottoni, dove i pulsanti UP & DOWN aumentano o diminuiscono i valori di Temperatura (se AutoModo ON) o potenza (se AutomodoOFF), mentre il terzo pulsante chiamato AUTOMODO consente di utilizzare la proprietà dello Switch Case.

Infatti proprio tramite Switch CAse ho creato due blocchi di istruzioni differenti, dove :

 CASO ZERO (Manual Mode):

  1. prevede la lettura della temperatura ma non ha influenza sul funzioamento,
  2. scrive su LCD “Manual” 
  3. pulsanti vanno ad integrare o diminuire la potenza erogata per step di 25%

CASO UNO (AutoMode)

  1. Prevede la lettura della temperatura e ne fa una comparazione con la variabile Set Temp impostata
  2. Scrive su LCD “Auto”
  3. I pulsanti vanno ad integrare o diminuire la temperatura settata in un range da +25 a -20 °C
  4. Vengono effettuate operazioni condizionali dal risultato della differenza tra temperatura settata e temperatura letta. In questo modo, esempio se io setto -10°C e la temperatura letta è 5°C, la peltier lavorerà al massimo (99%). A mano a mano che la temperatura letta si avvicinerà alla tempreatura settata (supponiamo letti -9, impostati -10) allora inizierà a scendere la potenza erogata fino a stabilizzare, dopo una decina di minuti, la temperatura.

 

Ok, trovavo opportuna questa spiegazione. Ecco il codice, completo di righe di commento. A margine, troverete il file .ino da scaricare per provare il vostro controller. Fatto questo, inizieremo a costruirne uno insieme passo dopo passo.

// carico le librerie necessarie
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Thermistor.h>
 #include <Wire.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); 

/* ---------------------------------MYKOOLER
Un progetto di Michele Lavino
Written by Fabio Mortari

Inizio spiegando come dovrebbe girare.
 *  Prima di tutto, abbiamo lo stato iniziale del programma
 *  dove
 *  a) la peltier ? a 0
 *  b) la funzione MODE ? su MANUAL
 *  dopodich? se proseguo su MANUAL la peltier si attiver? solo 
 *  ed esclusivamente cliccando su UP.
 *  Diversamente, posso andare su AUTO, e il software entrer? in un altro
 *  caso - case switch.
 *  Quindi la struttura dovrebbe essere questa: due blocchi Switch
 *  case 1 Manual e case 2 Auto, dove MANUAL contiene tutte le informazioni
 *  inerenti ai ,)bottoni, mentre il 2 Auto contiene tutte le istruzioni per l'automatismo
 *  Questo porta ovviamente a dover dichiarare prima tutte le variabili
 *  che verranno dichiarate Inoltre bisogna impostare i pin
 *  Per far questo, i pin che metterei sono i seguenti
 *  a) pin 3 - pilotaggio della peltier via Mosfet
 *  b) pin 4 - Pulsante UP
 *  c) pin 5 - pulsante Down
 *  d) pin 6 - Led di stato Manual/Auto 
 *  e) pin Analog (0) - sensore di temperatura
 *  Dopo aver dichiarato queste, ho bisogno di andare a impostare le variabili di stato. Essendo che la temperatura ? la prima cosa che vogliamo leggere
 *  inizio col definire la variabile di temperatura */
Thermistor senstemp(0);
//int senstemp = A0; // questo ? la dichiaraione del pin associato a Senstemp che andr? associata ad analogread(0), cio? il risultato della lettura si chiamer? val_Adc
float temperatura = 0; // questo ? il "contenitore" del risoltato di conversione tra Volt e Temperatura
 /* ok. Fatto questo inizio a definire anche dove andremo a leggere o scrivere i valori sui pin, quindi assegniamo un nome ai pin */

 const int plt = 3;
 float difftemp = 0; //difftemp è la differenza tra temperatura e settemp e mi serve per il ciclo while dell'automode

/* dichiaro le variabili e le costanti per i bottoni up e down */

 const int buttonUp = 5;
 const int buttonDown = 4;
 const int AutoMode = 6; //nel pin 6 colleghiamo il pulsante di Auto ON e OFF
 const int AutoLed = 7; // questo ? il led Auto OnOff


 /* bene. Abbiamo quindi definito il pin della peltier, i pin dei bottoni up e down, il pin dell'pulsante AuotMode e infine il pin dell'Autoled
 Adesso ? il momento di iniziare a definire alcune variabili di inizio. Abbiamo detto che la peltier deve essere spenta quindi iniziamo da quella*/
 int power = 0; //definisco a quanto deve stare all'avvio il valore di power. Occhio perch? ancora non gli ho assegnato in realt? il funzionamento...lo faremo in seguito
 int peltier_level = map(power, 0, 99, 0, 255); //peltier level ? la variabile che gestir? il mosfet da 0 a 255. Questo perch? in pratica il pwm ? a 8 bit che sono 255 livelli
 /* ora, fatto questo andiamo a inserire le variabili al pulsante AUTOMODE Questo pulsante se azionato in case 1, accende il led e inizia le istruzioni di AUTO, diversamente spegne il Led e inizia le istruzioni di MANUAL 
    */
    int StatoAutoMode = 0; //in questo modo, l'automode va su manual all'avvio. Quindi ricordiamoci che Automode = 0 va in manual
    int LastStatoAutoMode = 0; //ultimo stato del pulsante, appunto non premuto al momento dell'avvio quindi restituisce 0
    int CountAutoMode = 0; //conteggio del bottone
    
/* fatto questo vado a definire anche le variabili di conteggio per i pulsanti Up & Down, perch? poi ci torneranno utili  */
int countUpDown = 0; //il conteggiatore UP E DOWN
int lastcountUpDown = 0; //riporter? l'ultimo stato di up e down
int statoUp = 0; // stato del pulsante UP, inizialmente non premuto
int statoDown = 0; //stato del pulsante DOWN, inizialmente non premuto


/* ************ DA QUI INIZIANO LE VARIABILI PER LA GESTIONE DEL VALORE DI RIFERIMENTO - script byhttp://forum.arduino.cc/index.php?topic=215295.0!! */
byte button1=0;
byte oldbutton1=0;
byte button2=0;
byte oldbutton2=0;
int settemp = 20;
byte button3=0;
byte oldbutton3=0;
byte button4=0;
byte oldbutton4=0;
int setpower = 0;
int convertipotenza;


/* ****** FINE DELLE VARIABILI PER LE IMPOSTAZIONI DELLE TEMPERATURE DI RIFERIMENTO *****/

/* andiamo adesso a sviluppare il setup, cio? a definire i pin entrata e uscita, avviare la lettura seriale etc. */
void setup() {
lcd.init();

lcd.backlight();
lcd.setCursor(4,0);
  lcd.print("Mykooler");

  lcd.setCursor(4,1);
  lcd.print("Vers.1.2");
  
  delay (2000);
  lcd.clear();

  lcd.print("Proj:M.Lavino");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Dev:F.Mortari");
  
  delay (2000);
  lcd.clear();
Serial.begin(9600);
  /* SETUP TEMPERATURA */
  temperatura = senstemp.getTemp(); //diciamo che Val_Adc dovr? ospitare i dati letti dal pin analogico (0) per la temp.
  /* SETUP AUTOMODE */
  pinMode (AutoMode, INPUT); //stabilitamo che il pin del pulsante automoed deve attendersi un segnale di input
  pinMode (AutoLed, OUTPUT); //stabiliamo che il pin del pulsante autoled deve fornire corrente per il led
  /* SETUP PULSANTI UP E DOWN */
  pinMode (buttonUp, INPUT); //stabiliamo che il pin del pulsante UP ? un input e quindi arduino dovr? attendersi un segnale in entrata
  pinMode (buttonDown, INPUT); //stabiliamo che il pin del pulsante DDOWN ? un input e quindi arduino dovr? attendersi un segnale in entrata
  /* SETUP PARTE PELTIER */
  pinMode (plt, OUTPUT); // siccome la peltier viene comandata da un mosfet che varia il suo stato in base al segnale in entrata, il pin peltier dovr? fornire corrente.
  
  }
/* adesso andiamo nei blocchi di istruzioni. La prima cosa che vorrei fare ? attendere che qualcuno pigi sul pulsante AUOTMODE e creare i CASE con i blocchi di codice. */

void loop(){
  // verifico se Myke ha premuto il pulsante
  if (digitalRead(AutoMode))
  {delay(50); //circuito di attesa di 15ms dopodich? vado a modificare lo stato del bottone autoMode che avevo gi? dichiarato
  if (LastStatoAutoMode == 0) LastStatoAutoMode = 1; //se l'ultimo stato bottone ? = 0, lo fai diventare 1)
  else LastStatoAutoMode = 0;
  if ( CountAutoMode <= 0 ) CountAutoMode = CountAutoMode +1;
  else CountAutoMode = 0;}
  
/* inizio a dichiarare i due casi: automode On e automode Off */
switch (CountAutoMode)

		/* NOTA...DA QUI INIZIA IL CASE 1 - DEFINITO AUTOMODE) */
	{/*default:
		digitalWrite (AutoLed, LOW);
		lcd.print("MODE CHOOSE");
                delay(1000);
                lcd.clear();
		break;*/
	case 1:
		digitalWrite (AutoLed, HIGH);
			/* DA qui iniziano le variabili per i pulsanti up e down rispettivamente ai pin 4 e 5 */
		delay (50);
/* inizio codice di aumento della variabile settemp */
// ciclo di controllo del pulsante che incrementa il valore settemp
		button1 = digitalRead(buttonUp);
		  if ((button1 != oldbutton1) && (oldbutton1 == LOW)) //il pulsante e' appena stato premuto
		  {
		    delay(50);		//debounce
		   // oldbutton1 = button1; 	//porta oldbutton1 = button1 (previene cicli ripetitivi)
		    settemp++;
		  if (settemp > 50) {settemp = 0;}
					}
				if ((button1 != oldbutton1) && (oldbutton1 == HIGH)) 	//il pulsante e' appena stato rilasciato
	{
		delay(50);		//debounce, non indispensabile se e' presente una rete RC
		oldbutton1 = button1; 	//porta oldbutton1 = button1 (previene cicli ripetitivi)
		
	}
//ciclo di controllo del pulsante che decrementa
		button2 = digitalRead(buttonDown); //legge lo stato del pulsante 2
			if ((button2 != oldbutton2) && (oldbutton2 == LOW)) // il pulsante e' appena stato premuto
			{
			delay(50);		//debounce
		        //oldbutton2 = button2; 	//porta oldbutton2 = button2 (previene cicli ripetitivi)
		        settemp--;
			if (settemp <-25) {settemp = 0;}
			}
	if ((button2 != oldbutton2) && (oldbutton2 == HIGH))	//il pulsante e' appena stato rilasciato
	{
		delay(50);		//debounce
		oldbutton2 = button2; 	//porta oldbutton2 = button2 (previene cicli ripetitivi)
		}	
	
/* inizio codice peltier */

{
//if(Serial.available() > 0)
temperatura = senstemp.getTemp();
difftemp = temperatura - settemp;

//option = Serial.read();
if (difftemp > 0.7)
power = 99 ;

else if ((difftemp < 0.69) && (difftemp >0.3))
power = 75;

else if ((difftemp <0.29) && (difftemp >0))
power = 50;

else if ((difftemp <0) && (difftemp >-1))
power = 15;

else if (difftemp <-1) 
power = 0;



if(power > 99) power = 99;
if(power < 0) power = 0;

peltier_level = map(power, 0, 99, 0, 255);
}

 Serial.print("Power=");
Serial.print(power);
Serial.print(" Temperatura=");
Serial.print(temperatura);
Serial.print("difftemp");
Serial.println (difftemp);
lcd.print ("T=:");
lcd.print (temperatura);
lcd.print (" C");
lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Pwr:");
  lcd.print (power);
  lcd.print (" %");
  lcd.setCursor(12,0);
  lcd.print ("Auto");
   lcd.setCursor(9,1);
   lcd.print ("Set.T");
   lcd.setCursor(13,1);
   lcd.print(settemp);
   analogWrite(plt, peltier_level);
   delay(200);
   lcd.clear();
   
break;

/* NOTA...DA QUI INIZIA IL CASE 1 - DEFINITO MANUAL) */
default :
temperatura = senstemp.getTemp();
digitalWrite (AutoLed, LOW);
//lcd.print ("MANUAL MODE"); 

{
//if(Serial.available() > 0)

/* *** DA QUI INCOMINCIANO LE CONDIZIONI PER PWR MANUAL *** */

	delay (50);
/* inizio codice di aumento della variabile settemp */
// ciclo di controllo del pulsante che incrementa il valore settemp
		button3 = digitalRead(buttonUp);
		  if ((button3 != oldbutton3) && (oldbutton3 == LOW)) //il pulsante e' appena stato premuto
		  {
		    delay(50);		//debounce
		    oldbutton3 = button3; 	//porta oldbutton1 = button1 (previene cicli ripetitivi)
		    setpower++;
		  if (setpower > 4) {setpower = 4;}
					}
				if ((button3 != oldbutton3) && (oldbutton3 == HIGH)) 	//il pulsante e' appena stato rilasciato
	{
		delay(50);		//debounce, non indispensabile se e' presente una rete RC
		oldbutton3 = button3; 	//porta oldbutton1 = button1 (previene cicli ripetitivi)
		
	}
//ciclo di controllo del pulsante che decrementa
		button4 = digitalRead(buttonDown); //legge lo stato del pulsante 2
			if ((button4 != oldbutton4) && (oldbutton4 == LOW)) // il pulsante e' appena stato premuto
			{
			delay(50);		//debounce
		        oldbutton4 = button4; 	//porta oldbutton2 = button2 (previene cicli ripetitivi)
		        setpower--;
			if (setpower <0) {setpower = 0;}
			}
	if ((button4 != oldbutton4) && (oldbutton4 == HIGH))	//il pulsante e' appena stato rilasciato
	{
		delay(50);		//debounce
		oldbutton4 = button4; 	//porta oldbutton2 = button2 (previene cicli ripetitivi)
		}	
	
/* inizio codice peltier */
if (setpower == (0))
power = 0;

else if (setpower == (1))
power = 25;
else if (setpower == (2))
power = 50;
if (setpower == 3)
power = 75;
if (setpower == 4)
power = 99;

//power = setpower;


if(power > 99) power = 99;
if(power < 0) power = 0;

peltier_level = map(power, 0, 99, 0, 255);
}
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print ("Manual");
lcd.setCursor(9,0);
lcd.print ("T:");
lcd.print (temperatura);
lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Pwr:");
  lcd.print (power);
  lcd.print ("%");
  lcd.setCursor(9,1);
  
   lcd.print ("SetP=");
	lcd.print (setpower);
Serial.print(setpower);
Serial.print("-");
Serial.println(power);

  
analogWrite(plt, peltier_level); //Write this new value out to the port
delay(200);
lcd.clear();


break;
/*

lcd.print (temperatura);
lcd.print ("C");
lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Pwr:");
  lcd.print (power);
  lcd.print (" %");
  lcd.setCursor(10,0);
  lcd.print ("Manual");
   lcd.setCursor(12,1);
   lcd.print ("Set.P");
Serial.print("Automode");
Serial.println (": Automode Off");

/* NOTA...DA QUI INIZIA IL CASE 1 - DEFINITO MANUAL) */


}

  
  
  
  
  

}

 

LINK DOWNLOAD FIRMWARE ARDUINO

 

Pronti a stampare il PCB che rilascerò al prossimo intervento? Ne costruiremo uno insieme, per cui dotatevi del seguente materiale:

  1. tester
  2. bromografo, cloruro ferrico, soda caustica
  3. trapano con punta da 0,8mm
  4. saldatore, stagno, succhiastagno
  5. cavetteria varia
  6. buona pazienza.

Ebbene si, prima di cimentarci nella costruzione vera e propria ho pensato che fosse propedeutico farlo “a pezzi”, in modo da poterlo riportare su una breadboard e costruirselo piano piano senza dover saldare o perdere componenti.

Se non avete BreadBoard potete acquistarla qua LINK e vi converrà anche comprarvi un kit di cavetti dupont e ponticelli. Vi conviene prenderli sia Femmina Femmina – LINK che Maschio Maschio – Link

Andiamo a iniziare. Ho scritto tutto in un unico lungo articolo, onde evitare di spezzettare troppo il discorso. In questo modo vi basterà consultare questa pagina per poter creare la vostra base sperimentale e avere tutto l’esploso del progetto in unica soluzione…puff puff..pant pant.

ALIMENTAZIONE

Il circuito è progettato per essere alimentato con una comune 12V da una batteria d’auto, essendo considerato uno strumento “da campo”

Ho previsto un led per “segnalarci” che il circuito è alimentato, al cui “capo” vi è installata una resistenza da 470 ohm. Inoltre è presente un interruttore ON OFF, come si vede dal circuito che vi allego e che potete già iniziare a riprodurre su breadboard di progettazione

Molto semplicemente, abbiamo in entrata direttamente da Batteria, la 12V. Il collegamento prevede un interruttore a una via. Dopodichè partono tre pieste

a) una per alimentare il led a cui va collegata una resistenza da 470 Ohm che si accenderà quando si agisce sull’interruttore di ON

B) una pista andrà ad alimentare Arduino nel pin VIN.

c) una terza pista andrà invece ad alimentare il circuito da cui otterremo la 5V come nella prossima immagine.

Fatelo, usate un tester per verificare le tensioni in circolazione,  provatelo un attimo e proseguiamo.

CIRCUITO 5V

Abbiamo detto all’inizio di questa serie di articoli che il dispositivo può alimentare anche apparecchiature a 5V, purchè non superino 1,5 ampere giusto? Bene…avevo due strade per fornire la 5V. La prima era prenderla direttamente da arduino e togliermi il problema di creare il circuito. La seconda invece era ottenerla partendo dai 12V e trasformandola. Ho scelto la seconda strada, piu complicata, per poter garantire almeno 1,5 ampere di assorbimento, in quanto arduino non raggiunge tale corrente. Certo, 1,5 ampere non sono un’enormità, ma nemmeno pochi se pensiamo che potremmo alimentarci un caricabatterie USB per cellulari. Se comunque vogliamo avere ancora piu ampere, basta prendere altre versioni del LM7805 che arrivano fino a 2 ampere e qualcosina in piu (vi rimando alla ricerca in rete). E’ raccomandabile inserire un dissipatore, da acquistare insieme all’integrato, che trovate nelle pagine che vi ho segnalato nell’articolo “La lista della spesa”.

Bene, iniziamo. Questo è il circuito:

Vediamolo in dettaglio…presa la 12V, il primo componente che incontriamo è un condensatore elettrolitico da 10uf. Questi condensatori hanno una polarità quindi collegateli nel verso giusto (dovete osservare il piede piu lungo che sarebbe il + oppure la banda laterale che indica il )

La linea del positivo prosegue il suo cammino e trova il cercamico 104 (questi non hanno polarità) e arriva al primo piedino dell LM7805.

Collegare l’integrato è semplice:

  1. Il primo piedino va collegato al positivo +12v
  2. il secondo piedino va collegato al –
  3. dal terzo piedino avremo la +5v

Un uscita dal terzo piedino si replicherà la configurazione dei condensatori come nel passaggio precedente, dove l’elettrolitico stavolta sarà da 1uf e non 10uf. Prelevate dai capi la +5v e collegateci un’uscita (può essere USB o un plug o quello che volete voi)

Questa circuiteria ci fornirà anche alimentazione per lo schermo LCD, per le pulsantiere, per il sensore di temperatura. In questo modo non stresseremo  arduino.

Usate un tester per osservare che venga fornita correttamente la 5V.

LO SCHERMO LCD

Come abbiamo visto nella lista della spesa, lo schermo LCD previsto è quello Seriale, quindi con 4 pin di collegamento. La configurazione è semplicissima, basta osservare la parte dietro dell’adattatore seriale posto sul LCD e si intuisce già:

Dove

  1. GND  è Ground
  2. VCC è +5V (e la prendiamo dal circuito che abbiamo creato)
  3. SDA va al pin A4
  4. SCL va al pin A5

Nota: anche se posso prelevare la +5v dal circuito, qualsiasi componente deve essere collegato al GND DI ARDUINO altrimenti ovviamente non funziona

Vediamolo in schema:

Ora colleghiamo il sensore NTC di Temperatura

IL SENSORE DI TEMPERATURA NTC

Il sensore di temperatura NTC o “Termistore” è un componente che varia la sua resistenza al variare della temperatura. Ve ne sono di diverse forme e modelli ma uno degli aspetti piu interssanti è che ne vengono prodotti di ogni forma e dimensione e questo fa al caso nostro perchè nella versione FLAT per PC è veramente sottile e si può inserire ovunque.

Ve ne sono di due tipi:

  1. Tipo “A” che all’aumentare della temperatura aumenta la resistenza
  2. Tipo “B” che all’aumentare della temperatura diminuisce la resistEnza

A noi servono quelli del tipo A, che sono quelli comuni. Normalmente se sono del tipo “B” viene indicato nella descrizione del prodotto. Comunque sia provatelo con un tester, è la cosa piu semplice.

La logica di funzionamento è molto semplice, si tratta di effettuare una lettura della tensione su un pin analogico e rapportare poi questa alla temperatura, lo vedremo nello schetch. Ricordatevi sempre che la +5V possiamo prenderla dal circuito che abbiamo creato, mentre la GND va collegata ad Arduino con una resistenza da 10Kohm. Il pin analogico utilizzato per la letttura è A0

PWM E ALIMENTAZIONE PELTIER

Arriviamo ora al punto piu complesso del sistema, o meglio quello che mi ha dato piu problemi.

Logica di funzionamento:  La faccio breve: applicando una tensione sul Gate di un transistor N-Enhancement, posso permettere il passaggio di corrente tra Gate e Source. Trovate un bell’approfondimento a questo LINK cosi mi evito di scrivere mille cose ed evito anche di affrontare argomenti di cui non sono padrone al 100% per poterli correttamente spiegare (il sito è proprietario anche dell’immagine inserita qua sopra).

L’importante è che questo componente sia un Logic Level. Io sono riuscito a trovare il componente dentro un vecchio alimentatore per PC raccattato d’urgenza in un negozio a Forte dei Marmi un sabato pomeriggio, quando purtroppo s’è bruciato il componente che avevo inserito in precedenza che era sbagliato. Ma ve ne sono altri, oltre a quello da me citato nella “lista della spesa” che vanno bene..sono indicati sempre al link appena citato

In parole povere, applicando un’onda quadra al gate del transistor, i Source e il Drain si chiuderanno lasciando passare corrente. Se questo avviene ad una frequenza di 488hz…cito..”e la commutazione è piuttosto frequente (qualche KHz) a causa della presenza di un induttore la corrente media è sostanzialmente costante e proporzionale al duty cycle del segnale sulla base del MOS.” Quindi tradotto in soldoni, posso ottenere un passaggio di tensione in scala da 0 a 12V a seconda di quanto è frequente il mio Duty Cicle.

Du Balle… Vediamo.

Ricordate che va inserita una resistenza da 10K0hm sul Ground (sempre collegato ad arduino), la 12V è presa direttamente dalla batteria e che il pin utilizzato per lanciare onde spaziali pwm è il pin D3.

E’ opportuno anche prelevare la 12V per la ventola che dovrà sempre essere in funzione e non gestita via PWM, in modo da poter garantire la corretta dissipazione del calore generato dalla superficie calda della cella di peltier. Questa verrà collegata insieme alla peltier tramite il cavo che costruiremo su porta COM, come spiegato nella “Lista della Spesa” alla apposita voce. Ovviamente la ventola dovrà essere 12V. Si veda l’immagine successiva per osservare la presenza della voce “ventola”. Nello schema è rappresentata da un PLUG perchè non ho trovato il corrispettivo simbolo.

 

I BOTTONI E IL LED DI STATO

Arriviamo infine alla conclusione di questa fase di progettazione su breadboard con questo semplice passaggio. Avremo 3 bottoni con queste funzioni

  • Pulsante di UP: il suo funzionamento è legato al pulsante di Automode. Se siamo n modalità manuale, questo pulsante aumenta la potenza erogata, su base percentuale. Se invece siamo in modalità Automatica, questo pulsante aumenta la temperatura selezionata
  • Pulsante di DOWN: il suo funzionamento è legato al pulsante di Automode. Se siamo n modalità manuale, questo pulsante diminuisce la potenza erogata, su base percentuale. Se invece siamo in modalità Automatica, questo pulsante diminuisce la temperatura selezionata
  • Pulsante di AUTOMODE ON OFF: stabilisce il funzionamento dei pulsanti di cui sopra.
  • LED DI STATO: quando siamo in modalità Automode ON si accende, quando siamo in modalità Auotmode OFF, si spegne.

Il collegamento dei bottoni è il classico che si vede i ogni schema di Arduino….abbiamo la 5V su un capo del pulsante, GND di arduino sull’altro capo con resistenza da 10 K0hm, e sempre sullo stesso viene collegato il PIN che dovrà effettuare la lettura.

Per il led valgono le stesse condizioni, salvo che la 5V non è presa esternamente ma viene fornita dal PIN di Arduino.

I pin utilizzati sono

  • D4 = UP
  • D5 = DOWN
  • D6 = AUTOMODE
  • D7 = LED

 

 

Nota: se volete dotare il dispositivo di uscite ausiliarie 12V basta stendere due cavi a partire dall’interruttore e collegare un plug.

Direi che ci siamo. Ora non vi rimane che stendere questo circuito, nel prossimo articolo  iniziamo a vederne lo schetck da inserire.

Buon Lavoro e chiedete se non è chiaro o segnalate se trovate incongruenze.

 

Bene. Come anticipato nella parte 1, adesso diamo un’occhio alla lista della spesa.

Per replicare il progetto “Controller per Peltier” ci serve il seguente materiale:

N.1 Switch ON/OFF da pannello a una via

Acquisto

N.2 Led (colore a piacere)

 

N. 1 Arduino Nano

Scelgo la versione NANO per questioni sia di costi che di comodità

Sono molto piccoli, costano pochissimo (si trovano a 2 euro su ebay o poco piu ed hanno

lo stesso funzionamento e piedinatura di quelli originali)

Acquisto

 

N.1 LM 7805

Questo integrato serve per fornire la 5V in uscita  e volendo anche per alimentare Arduino (io alla fine lo alimento con la 12V che va bene uguale) o per alimentare lo schermo LCD. E’ utile, nel caso si voglia inserire ulteriori opzioni sulle ventole di raffreddamento (alcune girano a 5V) oppure se si volesse collegare un hub USB considerando però che LM7805 di cui fornisco link NON FORNISCE piu di 1,5 Ampere. SE ne trovano anche piu performanti, l’importante è che sia sempre LM7805.

Acquisto

N.2 Condensatori Ceramici 104
N.2 Condensatori Elettrolitici da 1 uf e 10 uf
N.1 schermo LCD con interfaccia seriale

L’interfaccia seriale di un LCD è un dispositivo che permette di ricevere segnali da un canale Bus. Questo significa ad esempio che anzichè utilizzare tutti i piedini dell’LCD e connetterli ad Arduino con notevole dispendio di pin, l’LCD esce con 4 soli pin  (+,-,SDA,SCL).  Sda e SCL sono i canali di comunicazione e vanno impostati OBBLIGATORIAMENTE sui pin A4 e A5 di Arduino, gli unici in grado di trasmettere come Bus. Quindi tolti il + e il -, i pin che si utilizzano con questa configurazione seriale sono solo 2. Mica male eh?

Acquisto

N.3 Pulsanti da pannello, due neri e uno rosso

Questi sono ovviamente i pulsanti per l’Automode e l’inserimento dei valori di temperatura o Potenza da erogare. E’ importante che siano da pannello perchè vanno inseriti nel coperchio.

Acquisto

N.1 Sensore NTC da 10Kohm FLAT.

Si tratta di sensori NTC comunemente usati per monitorare le temperature dei processori. E’ stato scelto questo in quanto molto molto sottili e particolarmente sensibili. Il costo è accessibile, se ne trovano a partire da 2 euro (cercati pochi giorni fa). Questi sensori è possibile posizionarli praticamente ovunque soprattutto inserirli in fessure, plastiche, tra due superfici adiacenti etc.etc.

Acquisto

N.1 Mosfet Logico N-Channel sigla CEP603/AL

Questo è uno dei componenti piu importanti perchè è da qui che verrà data continuità al circuito da 12V di alimentazione alla peltier tramite l’utilizzo in modalità ON/OFF del transistor che avviene per impulsi di 5V generati dai pin di Arduino. In pratica, il mosfet rilevando i 5V dal pin, chiuderà il circuito e lascerà passare la 12V alla peltier. Il segnale dal pin di arduino però non arriverà in maniera continuativa, ma ad impulsi in onda quadra (ad una frequenza  intorno ai 488 Hz ) pertanto causerà rapide chiusure del circuito limitando cosi la reale corrente erogata. Vedremo meglio poi..l’importante è che il transistor sia logico.

NOTA: vanno benissimo anche quelli indicati al seguente LINK di cui consiglio la lettura approfondita! Quello che ho inserito qua l’ho trovato su un vecchio alimentatore da PC e non è detto che sia di facile reperibilità

Acquisto

N.1 Conneettore Femmina da pannello 3.5 mm(quelli per cuffie) + il Maschio

Questi ci serviranno per connettere il sensore di temperatura NTC che quindi sarà scollegabile dal controller.

Acquisto

N.1 Porta Com completa (Maschio e Femmina da pannello)

Ho scelto questa soluzione per alimentare la ventola e la peltier. In questo modo viene del tutto evitata la possibiltà di invertire cavi (se saldato con la piedinatura giusta). La Com si può isnerire solo in un verso, e quindi non sarà possibile invertire i collegamenti tra piu  e meno. In buona sostanza si tratterà di costruire poi un “polipo” che culmini in una porta com, ma con un polipo solo si alimenta tutto il sistema di raffreddamento.

Acquisto

N.2 Connettori a vite da PCB a due Vie

Soluzione opzionale e rapida per connettere i cavi di alimentazione durante le fasi di test. Io mi ci trovo bene e li inserisco sempre, ma se volete potete evitarvi questa spesa (circa 0.5 a connettore) e saldare i cavi direttamente sulla board.

Acquisto

N.3 Connettori da 2.5 mm da pannello

Anche questi possono essere opzionali, dipende da voi come volete collegare le alimentazioni ausiliarie in uscita e l’alimentazione in entrata. Io uso questi perchè sono quelli che vanno per la maggiore e si trovano su molti dispositivi (tipo Eq6, CCD, alimentatori tramite accendisigari etc.etc.)

Acquisto

N.4 Stripline Femmina da PCB

Meglio usarle. In questo modo si può “zoccolare” arduino e rimuoverlo molto semplicemente qualora si voglia rifare la scheda da zero a causa di errori o integrazioni nella circuiteria. Io sono solito operare in questo modo…

Acquisto

N.1 Basetta presensibilizzata da 10×16

Questa dipende poi dal metodo che utilizzate per stampare i circuiti. SE usate il BROMOGRAFO allora ci vogliono quelle presensibilizzate. Sennò va bene qualsiasi piastra ramata o preforata o quel che volete….

Acquisto

N.1 Contenitore da 15x20x6 o giu di li

Prendete le misure…non è che devo dirvi tutto io eh.

N.5 resistenze dei seguenti valori:

N.3 da 10 Kohm per i pin dei pulsanti

N.1 da 10 Kohm per il pin del sensore NTC

N.1 da 10 Kohm per il pin del PWM

N.1 da 470 ohm per il led di alimentazione

N.1 da 100ohm per il led indicatore di Automode

Ovviamente a tutto questo vanno aggiunti: la peltier (per questo progetto, obbligatoria a 12V), il dissipatore, la ventola.

Bene.

Come materiale “di consumo” vi servirà poi guaina termorestringente, fili vari da 1mm di diametro, stagno, saldatore, cloruro ferrico per sciogliere la basetta e tutto quanto necessario per lavorare comodi. Detto questo, con tutta quella roba, il progetto “si fa”.

Tutto quello indicato qua è normalmente e facilmente reperibile online, inutile dire che il consiglio è quello di fare un ordine unico da un fornitore di elettronica in modo da limitare le spese ma a conti fatti con meno di 40 euro dovreste starci comodamente dentro.

Alla prossima vediamo di iniziare a muovere i primi passi nel progetto con la spiegazione del PCB, mentre voi penserete a procurarvi il materiale.

A presto!

 

 

Eccoci dunque arrivati ad un argomento molto importante per quanto riguarda l’astrofilia, piu specificatamente per l’argomento astrofotografico.

La questione verte sostanzialmente in una scena tipica che si presenta con una certa costanza durante le sessioni di astrofotografia; hai montato il tuo setup, una Eq6 che porta un Newton 250 f/5, un tubone bello grosso, con il sensore collegato al focheggiatore. E’ normalissimo che in questa situazione si venga avvicinati da persone che come prima domanda chiedono “A quanti ingrandimenti stai fotografando?”

Soprattutto quando ero agli inizi, io stesso ero caduto in questa specie di tranello, interpretando il telescopio come se fosse uno zoom di cui tipicamente vengono espresse le potenzialità con un valore di ingrandimento massimo. E, analogamente, mi son trovato nella situazione contraria,  in cui mi è stata posta la domanda e ho dovuto cercare una risposta adeguata.

 Cerchiamo quindi di essere chiari: non è sbagliato parlare di ingrandimenti quando si fa astrofotografia. Ma è fuorviante fornire un valore di ingrandimento basato su valori numerici con affianco un “per” (x), come ad esempio 100x o 10x.  Questo discorso, come vediamo immediatamente, è differente per i visualisti dove gli ingrandimenti sono forniti da una semplice formula tra i millmetri dell’oculare rispetto alla focale del telescopio. La formula è questa

focale/mm oculare = ingrandimenti

Esempio banale: se abbiamo un telescopio con 750mm di focale a cui applichiamo un oculare da 10mm, avremo un ingrandimento di 75x.

Ma quando facciamo astrofotografia non abbiamo oculari (a meno che non stiamo facendo proiezione dell’oculare) e quindi ricavare un valore di ingrandimento in queste modalità può portare a non comprendere appieno la noce della questione

CALCOLI DA FARE

Ok, ci siamo, vediamo di entrare in partita ed andiamo subito al sodo: l’unità di misura relativa al campo inquadrato da un sensore sul telescopio, è l’arcosecondo.

L’arcosecondo è un’unità di misura angolare, che corrisponde a 1/3600 di grado. Per renderlo piu “tangible” (anche se  corretto dal punto di vista concettuale ma meno da quello pratico) potreste immaginare la volta celeste come un enorme orologio analogico. Mentre il rapporto tra la lunghezza focale e la dimensione del pixel possiamo interpretarla come il movimento minimo possibile della lancetta.  Ne deriva che, in seguito al rapporto appena citato tra la focale e la dimensione del pixel,  lo scattino della lancetta tra un secondo e l’altro disegnerà nella volta celeste il nostro ipotetico arcosecondo,  che possiamo quindi definire come la porzione di cielo inquadrata ad una determinata focale con un pixel di dimensioni X. Boom. Non si capisce niente…

Va bene va bene…Facciamo allora un altro esempio. Fingiamo di essere mosche, con gli occhi a quadretti.

MOSCA

Chiamiamo i quadretti “pixel”. Guardiamo il cielo a occhio nudo: ogni quadretto del nostro occhio “a mosca” inquadrerà una porzione di cielo. Mettiamo davanti agli occhi un cannocchiale, ogni quadretto del nostro occhio inquadrerà una porzione di cielo minore rispetto a prima. Noi dobbiamo sapere quanto cielo viene inqudrato da ogni quadretto dell’occhio della mosca.

Compreso questo deduciamo un aspetto importante, soprattutto per noi neofiti: abbiamo capito uno dei motivi per cui all’interno delle schede tecniche dei sensori astronomici viene dichiarata la grandezza in micron del singolo pixel. Lo voglio evidenziare, perchè quando scelsi il primo sensore per effettuare l’autoguida, non mi curai assolutamente di questo parametro, tantomeno mettendolo in relazione alla focale del telescopio di guida stesso con il rischio di trovarmi con un sistema di guida non opportuno.

Vediamo quindi la formula banalissima per sapere quanti arcosecondi vengono inquadrati da un pixel su un telescopio, valore la cui definizione instriseca è “campionamento”:

C = (dimensione pixel x 206265) / Focale utilizzata

Dove

c = valore di campionamento espresso in arcosecondi per pixel

dimensione pixel = dimensione in millimetri del pixel

206265 = costante radiale

Focale utilizzata = focale utilizzata per riprendere.

Esempio: supponiamo di avere un telescopio da 1250mm di focale e che vogliamo riprendere un oggetto celeste con una reflex, tipo la canon Eos450D

Abbiamo quindi: focale = 1250mm, pixel = 5,2 micron

Convertiamo subito i micron dei pixel in millimetri: 5,2/1000 = 0,0052

Applichiamo la formula

C = (0,0052*206265)/1250 = 0,85 arc/sec per pixel

Analogamente, supponiamo di riprendere con un telescopietto da 347mm di focale

C = (0,0052*206265)/347 = 3,09 arc/sec pixel

Come vediamo, piu che parlare di ingrandimento, possiamo riferirci a questo valore per comprendere che anche in questo caso, a parità di sensore, una focale piu spinta diminuisca la porzione ripresa per ogni pixel, viceversa accorciandola, aumenti.

Questo inoltre suggerisce un altro aspetto: cioè che se io volessi sapere quanta “porzione” di cielo riprende il mio sensore con un determinato telescopio, posso semplicemente moltiplicare il valore arcosec/px per il numero dei pixel presenti nel sensore.

Rifacciamo quindi il calcolo tenendo presente i due campionamenti, sapendo la risoluzione della reflex che è 4,272 × 2,848.

a) Newton 1250mm di focale con canon

 0,85 x 4,272 = 3.631 arcosecondi in larghezza del sensore

e 0,85 x 2848 = 2420 arcosecondi in altezza del sensore

Li dividiamo per 60 e abbiamo il valore in primi che diventa: 61 x 40 circa.

b) Rifrattore 347mm di focale con canon

3,09 x 4272 = 13200,48

3,09 x 2848 = 8800,32

Li dividiamo per 60 e abbiamo il valore in primi che diventa = 220 x 146 e rotti.

Abbiamo quindi visto che a parità di sensore,  aumentando la focale diminuisce la quantità di cielo ripresa per ogni singolo pixel e analogamente diminuisce il campo inqudrato dal sensore.

L’IMPORTANZA DEGLI ARCOSECONDI

Fino ad ora ci siamo concentrati nel comprendere come ricavare il dato, veidamo ora in cosa può esserci utile

a) Nello stabilire opportunamente il sistema di guida: conoscendo quanto “cielo” viene visto da un pixel nel sistema di ripresa e quanto “cielo” viene visto da un pixel nel sistema di guida, posso comprendere il rapporto reale che esista tra i due sistemi e quindi valutare se il sistema di guida campiona in maniera sufficiente a consentire

b) nella possibilità di conoscere le posizioni degli astri: tipica condizione su cui si basa qualsiasi sistema di plate solving, siamo nel campo dell’astrometria. Tramite la conoscenza del valore di campionamento, abbiamo la possibilità di conoscere la distanza angolare tra due astri, e riconoscere cosi le velocità (ad esempio) angolari di spostamento di un asteroide, o di una cometa, o semplicemente indivudare un campo inquadrato tramite il calcolo delle distanze tra piu stelle

c) nella possibilità di decidere con quale ottica riprendere in base al seeing: essendo il seeing determinato dal movimento delle masse d’aria che spalmano la figura della stella ed essendo anch’esso espresso in arcosecondi, possiamo decidere in base alle condizioni del seeing con quali accoppiate sensori telescopio operare in modo da facilitare la raccolta del segnale. Ecco un esempio di una tabella prelevata dal sito treckportal, tabella relativa a campionamenti consigliati per riprese planetarie:

tab_campionamento

d) Nella conoscenza findamentale del proprio sistema ottico basato sul campionamento: considerando che il campionamento rappresenta un indicatore qualitativo relativamente alla registrazione dell’informazione sul sensore, e considerando che questo viene teoricamente considerato efficace per valori che variano da 1,5/2 arcsec/pixel, abbiamo modo di comprendere quanto il nostro sistema sarà pronto a registrare correttamente le informazioni. Qualora si abbiano quindi valori troppo alti, o troppo bassi di campionamento, subentra il rischio di ottenere pose piu rumorose ed effetti indesiderati sui nostri frame e che richiederanno quindi interventi di post elaborazione piu incisivi.

Questi sono solo alcuni degli aspetti che suggeriscono l’importanza di conoscere quindi il valore di campionamento in arcosecondi del nostro sistema di ripresa. Farò poi un ulteriore articolo dedicato esclusivamente all’autoguida e al rapporto tra questa e il sistema di ripresa, argomento spesso messo da parte da noi neofiti e che invece merita un focus approfondito sopratutto nel momento dei primi acquisti.

Stay Tuned e se non è chiaro, chiedete!

Leggi: Work Flow Astrofotografia: i files di calibrazione

In questo secondo appuntamento di questo piccolo contributo nell’astrofotografia, volevo un pò introdurre il funzionamento dei sensori di ripresa cercando ove possibile di spiegarne le modalità di utilizzo. Debbo però anticipare una premessa: essendo io un neofita, posso sbagliarmi o scrivere alcune inesattezze. Nel mio percorso cerco sempre di auto-correggermi quando qualcosa non la capisco bene, quindi bene o male penso che ciò che andrò a scrivere possa trovare una condivisione da parte di astrofotografi di livello. Se cosi non dovesse essere, prego quindi di commentare per segnalare errori.

Bene..dal momento che i nostri amati dispositivi elettronici sono il mezzo che ci permetterà di raccogliere i fotoni, è bene spendere due parole partendo in una scala di importanza e di costi. Verranno, in questo frangente, tralasciate le webcam dal momento che seppur i funzionamenti siano del tutto analoghi ai sensori fotografici puri, nell’astrofotografia vengono impiegate maggiormente per foto planetarie o autoguida. Non che queste siano meno importanti, tutt’altro, ma preferisco concentrarmi sulla ripresa di immagini deep sky sempre tenendo comunque presente che i criteri e le caratteristiche sono poi sempre applicabili a questa tipologia di dispositivi.

Partiamo da una condizione tipo: un neofita che vuole riprendere la sua prima immagine deep sky, la prima azione che fa è andare su google e chiedere infomazioni a questo. L’approccio è molto comune, ma non nascondo che io stesso quando iniziai circa due anni fa, operai in questo modo trovandomi di fronte a un mare di dubbi e di problematiche date anche dal fatto che questo mondo all’inizio è pieno di difficoltà interpretative. Va meglio un sensore? Va meglio l’altro? Cos’è un CCD? Partiamo quindi con ordine, cercando di sfruttare alcune informazioni che abbiamo a disposizione e sfruttando una logica base che è la seguente:

“Cosa dice la teoria e cosa ho a disposizione.”

Questa seppur sembri in prima istanza una grande banalità, racchiude una chiave di lettura importante per districarsi tra quello che è “teoria” e quello che  “pratica”. Il motivo è presto detto: spesso quando le cose “non si sanno” (io soprattutto agli inizi mi sono girato mezzo web alla ricerca di informazioni e spesso non riuscivo a comprendere ciò che stava alla base)  si cercano informazioni online o parlando con astrofili di livello, ci si trova di fronte ad una marea di informazioni molto discordanti tra loro. Un esempio potrebbe essere quello relativo al gap di performance tra sensori a colori rispetto a quelli monocromatici. Per alcuni riprendere con sensori a colori può rappresentare un vantaggio enorme, per altri invece il limite di sensibilità dato da questi rappresenta un limite da cui è bene tenersi a bada. Chi ha ragione? Tutte e due le scuole di pensiero. Chi devo seguire per scegliere correttamente? Dipende…da un lato è dimostrabile facilmente come un sensore a colori sia nettamente meno sensibile e versatile rispetto ad un sensore monocromatico (cioè in bianco e nero) ma dall’altro è anche vero che chi utilizza adeguatamante sensori a colori è in grado di ottenere ottime fotografie. Paragonare le immagini avrebbe relativamente senso, dal momento che il processo di creazione di una astroimmagine di qualità passa attraverso numerose azioni che vanno dallo stazionamento, alla strumentazione, al tipo di cielo, alla tecnica di ripresa e all’occhio e all’esperienza di chi la elabora. Ecco un esempio, con questa fotografia scattata con un sensore a colori, scattata da Giovanni Leoni alias Astrobond. Prendiamoci sempre un pò di tempo per osservare…

unnamed

Questo serve per spiegare un pò il divario tra la teoria e la pratica che spesso anima le discussioni tra forum (e non solo!) Di base, penso però sia sempre opportuno affrancare un acquisto partendo da una logica teorica dal momento che noi neofiti non abbiamo abbastanza esperienza. Pertanto, se (come mi è capitato) dovessi scegliere tra un acquisto di un CCD a colori o un CCD monocromatico la scelta cadrebbe (ed è caduta) in favore del monocromatico. In generale è questa la logica con cui procedo io agli acquisti: prima cerco di capire che teoria si nasconde dietro ad un determinato processo di imaging (o di ricerca) dopodichè valuto cosa offre il mercato. A quel punto, cerco il miglior compromesso bilanciando l’impossibile perfezione matematica della teoria con le reali possibilità sia economiche che di utilizzo. Se invece non ho in programma acquisti, adatto ciò che già posseggo cercando di spremerlo al massimo. E cosi “salta fuori” che è vero che ad esempio un sensore monocromatico è molto piu sensibile e versatile di uno a colori (sperimentato sulla mia pelle), ma è anche vero che considerando la mia scarsa esperienza in ambito astrofotografico,  al momento ottengo foto dignitose principalmente con la reflex, mentre il monocromatico ancora devo imparare a sfruttarlo a dovere. Ma è chiaro che quando imparerò, avrò tra le mani qualcosa di molto piu sensibile, molto piu performante e concepito esclusivamente per questo tipo di fotografia.  Quindi è bene sempre ragionare in piu direzioni, non dare nulla per scontato e soprattutto conoscere prima di buttar via soldi (in questa passione a volte il rischio c’è a causa della possibilità di effettuare scelte sbagliate….)

IL FUNZIONAMENTO DI UN SENSORE

Spiegato “alla contadina” con i conti “della serva”

Affrontando il discorso sullla tipologia di sensori, è bene conoscere almeno sommariamente il processo fisico che porta all’acquisizione di una immagine. Si può spiegare in due parole, ovviamente a portata di neofita e per questo motivo assolutamente incomplete ma coerenti.

Abbiamo una galassia posta a milioni di anni luce da qua. Le stelle di questa galassia sono un pò irascibili perchè soffrono parecchio il caldo e quindi sparano fotoni, dando loro un bel calcione (quando si dice che l’universo è violento si intende questo: è tutto una grande incazzatura.). Il fotone, con le terga doloranti,  inizia quindi un viaggio insieme a tutti i fotoni emessi; una sorta di esodo di ferragosto, ma senza code per fortuna al massimo qualche deviazione…bene. Questo bel viaggio dura milioni di anni perchè si sa che i fotoni se la prendono comoda dal momento che tanto non hanno di sicuro niente da fare, ma un ruolo ce l’hanno e cioè venire raccolti dal nostro telescopio. Quindi, un pò come andare a caccia di farfalle, ciò che si fa quando si è in sessione è in buona sostanza questo: raccogliere fotoni. I nostri fotoni attraversano quindi il tubo e colpiscono il sensore. Il sensore è un wafer di materiali fotosensibili disposti a cella, chiamati “pixel” Il pixel reagisce quando colpito da un fotone generando un elettrone. Quando noi aumentiamo il tempo di esposizione, raccogliamo piu fotoni, quindi proporzionalmente piu elettroni secondo una prprietà di conversione definita “efficienza quantica” che rappresenta il numero di fotoni che il sensore è in grado di convertire in elettroni (esempio: efficienza quantica del 50%, raccolgo 100 fotoni, solo 50 verranno convertiti in segnale utile); nel momento in cui  terminiamo questa acquisizione il pixel scarica gli elettroni creando una sorta di corrente, o segnale elettrico. Questi elettroni verranno poi amplificati da un amplificatore, e verranno contati da un ragioniere elettronico col pallottoliere che dirà “il pixel 1 ha 10 elettroni, segna!” …”il pixel 2 ha 20 elettroni, segna!”…”il pixel tre è andato giu di testa e si è bruciato, nullo”….etc. Infine questi valori verranno convertiti in formato digitale, cioè un insieme di 1 e di 0 messi in serie, creando cosi il bit. Il bit viene raccolto in gruppi di 8, di 14, di 16 etc. determinando cosi il tipo di conversione: 8 bit, 14 bit, 16 bit che rappresentano in buona sostanza la gamma di grigi che possibile ottenere su un singolo pixel. Un sensore a 8 bit ha 256 livelli possibili di gamma, un 16 bit 65000 circa etc. il che tradotto significa che un pixel accoppiato con una elettronica a 16 bit può essere rappresentato con 65000 diversi tipi di grigio permettendo quindi di ottenere una immagine complessiva maggior dinamica e differenziazione di colori/segnale e bla bla bla…

Chiaro quindi? Fotone, convertito in elettrone, convertito in segnale elettrico, amplificato, convertito in bit e pronto quindi per essere digerito dal pc. Per sognare un pò, è bello anche sapere che l’immagine che avete stampato su carta altro non è che la raccolta di fotoni provenienti dall’universo.

MONOCROMATICO O COLORE

Come ho scritto pocanzi, il sensore monocromatico è piu sensibile. La motivazione è molto semplice: tutti i sensori nascono monocromatici. Si esatto…non esiste il sensore a colori, lo si chiama cosi per convenzione, ma il sensore di per se è monocromatico. “Diventa” a colori quando sopra al sensore si va ad applicare una matrice, chiamata matrice di Bayer, che è formata da un pattern di microlenti colorate, un colore per ogni pixel, la “trama” base copre 4 pixel adiacenti. Queste microlenti sono colorate in questa sequenza: “R-G-B-G” cioè red, green, blue, green.

bayer_grgb

Ovviamente, viene da sè che se io fotografo un oggetto completamente rosso, i pixel che lavoreranno di piu saranno quelli con la microlente che lascia passare quella lunghezza d’onda mentre le altri microlenti lavoreranno poco o niente e cosi i rispettivi pixel.

Se invece non avessi questa matrice, il pixel riceverebbero sempre la stessa quantità di luce, tutti, a prescindere dalla composizione dei colori (in realtà non proprio vero per via delle curve di sensibilità ma il concetto è questo). Ecco quindi motivata la maggior sensibilità del sensore mono rispetto a quello a colori. Essendo un limite fisico, questo è reale e inoppugnabile.

Se vogliamo quindi ottenere immagini a colore con un sensore monocromatico, quindi, basterà anteporre di fronte al sensore un filtro. Esistono dei kit composti da tre filtri, RGB (piu la luminanza ma questo lasciamo perdere per ora) che permettono di scattare immagini in cui vengono fatte passare solo le lunghezze d’onda del canale rosso, verde e  blu. Le tre lastre monocromatiche cosi ottenute vengono poi compositate tra loro creando cosi una immagine a colori. Un esempio è questa mia foto, ottenuta con questa tecnica, ma se fate un giro online vedrete foto davvero mozzafiato create proprio grazie alla maggior sensibilita del sensore “nudo e crudo”.

crescent

TIPOLOGIA DI SENSORE

Tecnicamente i sensori che vanno per la maggiore si differenziano in due macro-tipi: sensori CCD e sensori CMOS.

Ciò che differenzia le due tipologie è ovviamente l’architettura interna, relativamente alla costruzione di base, lo stadio di amplificazione e lo stadio di conversione. In poche banali parole, si può dire che mentre nel CCD lo stadio di amplificazione avviene tramite un amplificatore posto esternamente alla superficie di ripresa, nel CMOS questo processo avviene tramite l’apposizione dell’amplificatore direttamente nella parte sottostante il pixel. L’amplificazione del segnale è uno dei processi che portano alla generazione e all’emersione di rumore elettronico, quindi già da qui si può iniziare a pensare che il CCD logicamente sarà meno rumoroso dal momento che l’amplficatore è uno solo, rispeto al CMOS che ha tanti amplificatori quanti sono i pixel. Siccome gli amplificatori non lavorano tutti alla stessa maniera, ecco una sicura motivazione per cui il CCD è generalmente meno rumoroso.

Il mercato ha dato ampio spazio ai CCD fino a qualche lustro fa, dopodichè lo sviluppo della tecnologica CMOS ha permesso di ottenere sensori di ottima qualità a basso costo e soprattutto a basso consumo al punto che oggi su una comune reflex è difficile trovare l’applicazione di sensori CCD, mentre nella quasi totalità dei casi è presente un sensore CMOS. Dico questo perchè è molto piu probabile che se si voglia incominciare a fare astrofotografia con ciò che si ha in casa, si abbia a disposizione una reflex e quindi è bene sapere quali saranno le maggiori problematiche.

Sicuramente il primo è relativo al rumore, come appena spiegato. Il sensore scalda e pure parecchio, al punto che a volte può essere presente maggiormente rispetto ad un CCD un certo fenomeno detto di “elettroluminescenza” dato da calore aggiuntivo generato dall’elettronica di corredo. Ecco un esempio:

amp-glow-diodo-protezione

Le case produttrici di dispositivi di acquisizione tramite CCD invece solitamente inseriscono una cella di peltier proprio dietro al sensore. La cella di peltier è definito tecnicamente “un marchingegno magico che tramite oscuri incantesimi ed energie insospettabili tiene bassa la temperatura del sensore”. Ahahaha scherzo, si può leggere qualcosa qua: LINK. Si è capito che tenendo bassa la temperatura di un sensore, non solo aumenta la sua sensibilità ma diminuisce drasticamente la produzione del rumore. Come dicevamo nel primo articolo, e come si può vedere, tutto è volto sostanzialmente ad eliminare il rumore….

Un’altra caratteristica è che TUTTI i sensori sarebbero sensibili a gran parte dello spettro visibile (e anche leggermente oltre), solo che nelle reflex questa peculiarità rappresenterebbe un limite dal momento che le stesse vengono concepite per l’uso diurno. Pertanto, sopra al sensore viene messo un filtro che taglia tutto l’infrarosso rendendo una reflex cieca alle nebulosità ad emissione, tipicamente nella gamma che va dal debole rosso dell’Idrogeno Alfa in poi e purtroppo per noi l’Idrogeno è la componente piu presente nell’universo. Pertanto, dispondendo di una reflex non modificata, scattare immagini a nebulose ad emissione può essere poco entusiasmante, anche se va detto che qualcosina in questo ambito si riesce comunque a scattare, a patto però di lavorare bene in acquisizione e di avere un inseguimento perfetto quando si riprendono oggetti del genere: è sempre bene provare per rendersi conto delle potenzialità. Ci vinee comunque in salvo la possibilità di “deviare” questo problema effettuando la modifica alla reflex dal costo intorno alle 200 euro, ove si mette di fronte al sensore un filtro astronomico togliendo quello originale. Un esempio viene riportato in questa discussione LINK.

Occhio perchè questa modifica invaliderà la garanzia oltre a sbilanciare un pò i colori nel diurno (facilmente ribilanciabili) e a far perdere la messa a fuoco automatica. Ulteriore alternativa piu “spinta” è quella invece di togliere il filtro originale e lasciare il sensore nudo. Ovviamente è la piu “rischiosa” perchè il sensore è esposto direttamente a tutti gli agenti metereologici oltre alle polveri, inoltre lo sbilanciamento sarà terribilmente piu pronunciato verso il rosso (uhm..magenta…odioso!) ma io ho scelto questa alternativa e dopo circa 8 mesi di tentativi sono riuscito a bilanciare quasi correttamente i colori delle immagini, guadagnando in sensibilità.

Ci sarebbe anche da dire che Canon (e ora anche Nikon) hanno preparato delle camere apposite per l’astrofotografia e la fotografia diurna, nel caso della canon ad esempio la 60Da. Il punto è che la domanda da porre è questa: conviene acquistare una macchina come questa piuttosto che modificarne una usata? Io non rispondo, la valutazione è personale. Un mio grandissimo amico utilizza con buoni risultati una 60Da, ma l’opzione per l’acquisto la si deve fare in base alle proprie necessità e alle proprie mire.

Altra caratteristica della reflex è il firmware di corredo che gestisce buona parte delle impostazioni utili nel diurno ma che a volte possono dar fastidio nella ripresa astronomica o essere di ingombro come ad esempio l’ostinata preoponderanza a volerti tirar fuori la foto bella a tutti i costi secondo i parametri “diurni”. Le case produttrici fanno magie coi firmware, che intervengono e dicono “siccome TU non sei capace, la foto te la faccio IO!”. E quindi giu di correzione sui rumori, sui colori, etc.etc. Ecco, meno roba usate di queste cosine qua, meglio è. Nei CCD per utilizzo astronomico, tutto questo non c’è e la tendenza è quella di lasciare intatta l’immagine come l’hai scattata, tranne per qualche caratteristica.

Oooo bene, direi che piu o meno come infarinatura generale ci siamo. Mi sono spinto piu a parlare di Reflex perchè come già anticipato suppongo che noi neofiti partiremo da questo dispositivo qua, come è capitato a me.

Bene, ora che vi ho fatto un parziale elenco delle caratteristiche meno propedeutiche per il nostro lavoro di astrofotografi, dobbiamo renderci conto che in realtà abbiamo tra le mani un oggetto che per le astrofotografie dice la sua. Perchè a basso costo abbiamo

a) un dispositivo che ha un sensore enorme. Se dovessimo avere uno stesso campo inquadrato con un ccd, prepariamoci a sborsare migliaia di euro perchè i ccd costano. Vanno meglio, possiamo dire che non siano proprio paragonabili,  ma costano.

b) un dispositivo che volendo ci permette di fare foto sia al telescopio di notte, che della fidanzata di giorno.

c) uno strumento didattico incredibile, perchè quando si impareranno a gestire i punti a sfavore, si potrà dire di aver un pò di esperienza

d) sarà sempre rivendibile. Sia in ambito astrofotografico (se si è fatta la modifica) sia in ambito fotografico standard.

Per quanto concerne il rumore, ricordarsi sempre la calibrazione con i Dark (e i Bias ove necessari), questo aiuterà a togliere un pò il disturbo.

Una considerazione? Tutti gli astrofotografi, davvero tutti, hanno in casa almeno una Reflex quindi non bisogna abbattersi ma agguerrirsi ancora di piu. Ci sono galassie, ammassi globulari, campi estesi di stelle, via lattea etc.etc. da scattare con reflex non modificate. E ci sono tutti i restanti oggetti che si possono riprendere con reflex modificate. Poi il resto verrà…Considerando magari il CCD come scelta “matura”, magari da fare in futuro.

Ecco un bell’esempio di immagine scattata dall’astrofotografo Filippo Bezzi con una reflex Canon Eos 7D non modificata:

11856432_1043300949026881_4956408681443942278_o

Nel prossimo articolo probabilmente scriverò qualche accorgimento semplice e logico per sfruttare una reflex in ambito fotografico, oltre ad alcune cosette che sto scoprendo in merito ai CCD in modo da rendere fruibile quanto scritto in questo papiro.

Aaaaa…FINE.