Özel harmonik wave gear ve ESP32 kullanarak bir astronomik teleskop mount'u yapımı

• Yazar, harmonik wave gear (harmonic drive) ve ESP32 mikrodenetleyici kullanarak özel bir teleskop mount'u yaptı
• Mevcut ticari takip mount'ları çok pahalı olduğu için DIY olarak doğrudan tasarlayıp üretmeyi seçti
• PCB tasarım ve üretim süreci, FreeCAD 3D modelleme, bileşen seçimi gibi tüm tasarım sürecini ayrıntılı biçimde anlatıyor
• Toplam üretim maliyeti yaklaşık 1.700 euro seviyesinde ve tek birim maliyet bazında ticari ürünlere karşı rekabetçi
• Kendi yaptığı mount ile OnStepX firmware entegrasyonu sayesinde gerçek gökyüzü çekim performansını ve iyileştirme deneyimlerini paylaşıyor

---

Yeni bir başlangıç noktası

Yazar birkaç yıl önce YouTube astrofotoğrafçılık kanalından ilham alarak astrofotoğrafçılığa ilgi duymaya başladı. Tripod üzerinde kısa pozlamayla yüzlerce kare çekip ardından Siril yazılımıyla birleştirerek Orion Bulutsusu'nu görüntülemeyi denedi. Ancak takip sistemine duyulan ihtiyaç ortaya çıkınca Move Shoot Move tracker satın aldı; yine de hedef gökcisimlerini bulma, kutup hizalaması zorluğu ve yetersiz sonuçlar nedeniyle daha ciddi bir teleskop mount'u yapmaya yöneldi.

PCB üretim deneyiminin genişlemesi

2024'te özel PCB tasarımı ile ilgili bir YouTube videosuna rastladı ve dağınık breadboard düzenleri yerine temiz ve düşük maliyetli üretim amaçlı PCB kullanımını öğrenmeye başladı. İlk proje olarak ESP32, e-paper ekran ve BME680 sensörü kullanan akıllı bir termostat yaptı. Bu deneyimin ardından teleskop mount'unda da PCB tasarım ve üretim becerilerini doğrudan kullanmaya karar verdi.

Derinlemesine araştırma ve topluluk kaynaklarından yararlanma

Tasarımını harmonic drive kullanımı etrafında kurguladı. AliExpress ve çeşitli DIY topluluklarındaki (HEMY, HrEM, DHEM, DIY EQ Mount V2 vb.) açık kaynak çalışmaları inceleyerek bileşen seçimi ve mekanik yapı konusunda çok zaman harcadı. Step motorlar/servo motorlar, FOC kontrolü, SimpleFOC ve çeşitli açık kaynak uygulamalarla topluluk bilgisini de kapsamlı biçimde araştırdı.

Tasarım kararları ve yapı

• RA ekseni (ekvatoryal eksen): 42AIM15 servo motor + Type 17 harmonic drive (100:1 redüksiyon)
• DEC ekseni (deklinasyon ekseni): MKS Servo042D step motor + Type 14 harmonic drive (100:1 redüksiyon)
• Mount ve gövde: Arca Swiss plaka kullanımı, Move Shoot Move wedge ile uyumlu
• Çalışma modu: GEM (ekvatoryal) veya ALTAZ (yatay-dikey)
• Mikrodenetleyici: ESP32-S3
• Güç: USB-C PD en fazla 24V/4A
• Motor kontrolü: step/dir/en, ULN2003 + MODBUS, CANBUS
• Genişletilebilirlik: Kalan GPIO pinleri dışarıya çıkarılmış

Her motorun microstep ve servo kontrol özellikleri sayesinde tasarım sadeleşirken takip hassasiyeti de arttı. CANBUS üzerinden microstep değerinin dinamik olarak değiştirilebilmesiyle yüksek hızlı slew (konum geçişi) ile hassas takip arasında denge sağlandı.

PCB tasarımı ve sorunların aşılması

• KiCad ile kasaya tam oturan yarım daire biçimli PCB tasarlandı
• ESP32-S3 antennasız modül sayesinde yerleşim esnekliği kazanıldı ve USB-C güç giriş devresi (en fazla 24V) benimsendi
• PicoPD açık kaynak devresi ve AP33772 IC kullanıldı. JST PH serisi konnektör seçimiyle kompakt / yüksek kapasiteli bağlantı elde edildi
• İlk IC değiştirme sürecinde I2C kablolama hatası ve yanlış çalışma yaşandı; ikinci sürümde daha fazla doğrulama ve test noktası eklenerek sorun çözüldü

OnStepX firmware entegrasyonu

Açık kaynak OnStepX firmware uygulanarak teleskop kontrolü ve WiFi iletişimi sağlandı. İlk slew hareketlerinde (hızlı hedefe yönelim) ESP32'nin aşırı yüklenmesine bağlı kararlılık sorunları yaşansa da, slew hızını düşürme ve WiFi client moduna geçiş ile bunlar çözüldü. OnStepX için yalnızca uygun pin yerleşim dosyası ve dinamik microstep kontrol kodu eklenerek önemli bir değişiklik yapmadan entegrasyon başarıldı.

Üretim ve montaj süreci

Hem PCB üretimi hem de CNC metal işleme JLCPCB üzerinden yaptırıldı. Önceden 3D baskı testi yapmadan yalnızca CAD çizimlerine dayanarak CNC siparişi vermek gibi cesur bir tercih yapıldı ve sonuçta tatmin edici parça hassasiyeti elde edildi. Yine de ekvatoryal eksen kapağında bir tasarım hatası çıktı; spacer kullanılarak kolayca çözüldü. Tüm parçalar yalnızca M3/M4 kılavuz açma ve vida birleştirmesiyle monte edilebildi. Elle kılavuz çekme işlemi ile üretim maliyeti düşürüldü.

Gerçek kullanım deneyimi

Sayısız kutup hizalaması, kurulum ve yazılım (INDI, KStars, Ekos, PHD2) ayarı deneme-yanılmasından geçerek pratik deneyim kazandı. İlk kullanımlarda irili ufaklı sorunlar yüzünden çekimlerin sık sık başarısız olduğu oldu, ancak kararlılık sürecinin sonunda 1-2 ark saniyesi hassasiyet seviyesine ulaşıldı; bu da 600mm lensle 30 saniyelik pozlama için yeterli sonuç verdi. Görüntü birleştirme için Siril kullanılıyor ve çok geceli stacking gibi ek hedefler üzerinde de çalışılıyor.

Üretim maliyeti ve ekonomik tarafı

Toplam maliyet yaklaşık 1.700 euro (aletler, donanım ve ön araştırma için alınan parçalar dahil). Tek birim maliyete çevrildiğinde yaklaşık 800 euro seviyesinde. Ticari GOTO mount'lara (1.200-4.000 euro) kıyasla yüksek maliyet avantajı sağlasa da, asıl değer doğrudan üretim deneyiminin kendisinde görülüyor.

Kalem bazında birim maliyetler (başlıca ögelerin özeti)

• Harmonic drive (2 adet): 144 euro
• MKS ve servo motorlar (her biri 2 adet): 73-216 euro
• CNC parçalar: 215 euro
• PCB, konnektörler, vidalar, aletler ve diğerleri

Sonuç ve değerlendirme

Yazar, kendi elleriyle üretme deneyiminin ve sorun çözme sürecinin, tasarım-üretim-doğrulama döngüsünün tamamında verdiği tatminin ticari bir ürün satın almaktan daha anlamlı olduğunu vurguluyor. Version 1 PCB başarısızlığı sayesinde dikkatli doğrulamanın önemini öğrendi. FreeCAD ve KiCad becerileri, açık kaynak kullanımı ve genel donanım geliştirme süreci boyunca çok sayıda ders çıkardı. OnStepX firmware ve topluluk kaynakları sayesinde DIY teleskop mount'unun sıradan kullanıcılar için de mümkün bir proje olduğunu göstermiş oldu.

Yıldızları takip eden kendi mount'unu doğrudan yapmak ve onu tamamen anlayabilmek — asıl değerli olan tatmin duygusu da bu.