Auto guide system by EM10 and DSI (2)

□オートガイドへの道 PICの活用(2005.7.16)

いろいろあって１ヶ月ほど停滞していました。梅雨明けを目前にして活動再開です。

前回はEM10に接続されているDOG天体導入システムのオートガイドコネクタに、Meade DSIとオートガイドスイートソフトウェアが吐き出すテキストコマンドを如何に変換して入力するかというところの構想留まりでした。DOGのオートガイド入力は、EM10＋ST4接続ボックスを組み合わせた場合のオートガイド入力コネクタと電気的接続がコンパチなので、どちらでも使用可能のはずです。この数日で少し進展しましたので、そのご報告です。

まず、接続の要となるPICマイコンの開発環境については２種類の候補がありました。それは秋月電子通商による

①PICマイコン固有のアッセンブリ言語とPICライタによる開発環境

　　ＡＫＩ－ＰＩＣプログラマーＶｅｒ．３．５キット

　　ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａマイコンモジュールキット（RS232C用IC搭載）

②ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７ベーシック開発セット

の２種類でした。①を勉強しながら習得する方が今後のことを考えると、ためになりそうですが、梅雨明け目前の今、はやる気持ちを押さえきれず、開発スピードを優先して②でシステムを立ち上げてしまうことにしました。なんといっても昔からなじみのあるBASICが使えるのはとても大きなメリットです。ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７ベーシック開発セットでは、スイッチ、LED、LCDなどが搭載された開発用のベースボードに、秋月電子オリジナルのベーシックインタプリタが書き込まれているＰＩＣ８７７モジュールを搭載したものです（Fig.1左）。このPICモジュールは単体で動作可能で、電源供給に必要な5VのレギュレータICを搭載しながらとってもコンパクトなため、91x65x31mmのリレーボックスにすっぽり入ってしまいます(Fig,1右)。

Fig.1 ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７ベーシック開発セット（左）、および、リレーボックスとＰＩＣ８７７モジュールの大きさの比較

ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７ベーシック開発セットの開発環境では、RS232Cの入出力のエミュレートも可能なので、オートガイドの動作テストはほとんどがベースボード上で行うことができます。

簡単にＰＩＣ８７７モジュールのハードウェアについて触れておくと、以下のような雰囲気です。

①プログラム領域4kword、変数領域4kword、RS232C通信によるEEPROM書き込み方式

②I/O３３ch、内8本をA/D変換に使用可能（RS232C,I2Cポート含む）

③A/Dコンバータ 10bit

④シリアル　115200bps

⑤電源　5-12V（レギュレータ搭載）

PICマイコンとリレーボックスは、LX200用のテキストコマンドをEM10やDOCで受け取ることのできるリレーのカチカチに変換する機能を担いますが、PICマイコンのプログラミングに先立ち、DSIによるオートガイド時にコントロールソフトウェアがLX200に対して吐き出すテキストコマンドを把握しておく必要があります。LX200のコンピュータ制御やオペレーション・メンテナンスの技術情報については、MAPUG（Meade Advanced Products Users Group）サイトに膨大な情報の蓄積があります。その中のDoc G's Info SiteにLX200の制御コマンドについての情報がありました。

・MAPUG-Astoronomy.net（http://www.mapug-astronomy.net/）

　Doc G's Info Site-The LX200 Command Set(http://www.mapug-astronomy.net/ragreiner/lx200CmdSet.html)

DSIのソフトウェアから排出される制御に必要なコマンドは、Table.1に示すMoveコマンド(M)に付随する以下の4つのコマンドのみと思います。

Table.1 オートガイド制御に必要なMoveコマンド

Major Command	Minor Command	Description
M		Move
	e	East
	n	North
	s	South
	w	West

文法については、<command-prefix> <statement> <command-suffix>のような形に記述して、これらをつないだ一連の文字列を排出すると、LX200のコンピュータ架台は命令と解釈して動作するはずです。ここで、

<command-prefix>とは、"#:" 　シャープ（0x23）・コロン(0x3A)

<command-suffix>とは、"#" 　シャープ（0x23）

<statement>はMajor CommandとMinor Commandを単に連結したもの

です。

たとえば鏡筒の方角を西に送りたいならば「#:Me#」のようになります。

ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７のPIC-BASICインタプリタの変数セットは、符合なしのbyte型、word型、long型、そして、LCD制御専用の文字列変数が使えます。RS232Cポートを使用する場合は変数の受渡しはbyte型に限られますので、プログラム上では少々工夫が必要ですが問題ないでしょう。

PIC-BASICでは、33chのI/Oポートのうち、RA0-RA5(6ch)、RB0-RB7(8ch)、RC0-RC5(6ch)、RD0-RD7(8ch)、RE0-RE2(3ch)が31chが制御できます。このうちベースボードのLEDはRD0-RD7に接続されているので、オートガイド用の出力はRD0-RD3を用いることにします。

早速、プログラムを始めます。AKI-PIC877ベーシックの開発環境はVBやなんかを使った経験のある人にとっては、わりとなじみやすいものです（Fig.2）。

Fig.2 ＡＫＩ－ＰＩＣ８７７ベーシックの開発環境

まず始めに、リレーにつなぐ出力ポートとしてRD0：East、RD1：North、RD2：South、RD3：Westに定義し、開発環境のシリアル通信エミュレーションウインドにLX200コマンドを打ち込むと、一定時間LEDが点灯して消えるようなプログラムを作成します。力任せで書いたプログラムを以下に示します。IFをネストさせているのはELSE IFが使えないからですが、これとて特にプログラムを大きく制限する要素にはなりません。

'LX200 command → リレー出力変換
'
'
Dim data As Byte, flag As Byte
Serclear 'シリアル受信バッファクリア
tris_rd = 0 'RDポートを出力に設定
rd=&B11111111 'bit reset
'
start:
'
data=0
Serin pb9600,1000,data
'
If data=101 Then 'East
flag=&B11111110
Else
If data=110 Then 'North
    flag=&B11111101
Else
    If data=115 Then 'South
      flag=&B11111011
    Else
      If data=119 Then 'West
        flag=&B11110111
      Else
        Goto start　'何れにも該当しない場合は始めに戻る
      Endif
    Endif
Endif
Endif
'
rd=flag 'N,E,W,Sいずれかのビットをセット
Sleep 1000 1秒の待ち
rd=&B11111111 'bit reset

Sleep 100 '0.1秒の待ち
'
Goto start '始めに戻る
'
End

このプログラムは実は構文解析を全くやっていません。ただ単にやってきた文字列を順に読み取って、その中にe,n,s,wの何れかが含まれていたら、一定時間、対応する出力ポートのビットを立てるというものです。これでも実用上、問題ないはずです。あとは、コマンドの飛来頻度やリレーの反応速度に応じて、待ち時間の調整をしてやればよいと思います。

(2005/7/30 update)

適切な待ち時間について調べた結果です。リレーの反応速度が5m秒未満と機械式リレーにしてはそこそこ高速ですが、ダミーの入力をDOGに接続して調べた結果、DOG側の制限で、50m秒の待ちでは不安定で、80m秒程度の待ち時間を入れてやっと安定するようになります。また、先のプログラムは負論理で記述していますが、DOGへの出力はリレーで反転されているため、正論理で記述しなおしてしてやる必要があることが分かりました。

プログラムをPICに焼いて、配線を終えたのが以下の写真です。PICモジュールはプログラムの修正ができるようにソケットを介して取り付けてあります。今回活用したPictor用のリレーアダプタは、トランジスタの交換・パターンカット・ジャンプ配線など、いろいろいじらざるを得ない状態になってしまいました。使われているリレーについても高速応答を得るために、永久磁石が入っていて、そのため励磁用の給電配線の極性を逆にすると動作しません。回路構成をいじったあと、一見適正電圧が印加されているようにみえるにも関わらず動かなくなってしまったので、暫く悩みました。これを修正するために、基板裏面側の配線は少々見苦しくなってしまいました。

システムに組み込む前に、ターミナルエミュレータでs、e、n、wなどを入力すると、対応するリレーがカチカチなって、DOGではステッピングモーターがちゃんと進んでいることを確認しました。

Fig.3 Pictor用リレーボックスにＰＩＣ８７７モジュールを組み込んだところ

このモジュールを使ってオートガイドできるように一通り部品をつなげてみました。これまで、電源として単一電池を使っていましたが、今回新たに秋月電子から１２V22Ahrのシールドバッテリを購入して強化しました。チャージユニットのキットも秋月から購入しましたが、この容量をチャージするためには、若干改造が必要です。電源周りはできるだけ手持ち部品で済ませることで結構安価に抑えることができましたので、また別のページを開設してご紹介したいと思います。

Fig.4 DSI⇒DOG変換ユニットをシステムに組んでみたところ　

早速、AutoStarSuiteソフトウェアからの制御を試してみました。DSIのイメージング用ソフトウェアを起動させたあと、オートガイド用の画面に移動して、接続を確立するためにConnectボタンを押しました。

が、「Scope not found」のエラーが出て通信か確立できませんでした。

どうやら、最初に接続先に機器が正しく接続されているか調べるようなクエリーを掛けているようです。

Fig.5 AutoStarSuiteソフトウェアを用いた動作テスト

(2005/8/3 update)

そこで、DSIのソフトウェアによる最初のクエリを調べてみたところ、「#:GVP#:GVN#」が送信されていることが分かりました。ターミナルエミュレータを使ってLX200GPS-25にこのようなコマンド列を送信して、どのような返答があるか調べてみました。:GVP#に対しては「LX2001#」が、:GVN#に対しては「3.0i#」が返ってきます。どうやら前者はモデル、後者はファームウェアバージョンを問い合わせるコマンドのようです。

Fig.6 DSIのオートガイドソフトウェア起動時の最初のやり取り

このようなクエリに対応させて細かな調整を行ったコードは以下のようになります。

'LX200 command → リレー出力変換
'
'
Dim data As Byte, flag As Byte
Serclear 'シリアル受信バッファクリア
tris_rd = 0 'RDポートを出力に設定
rd=&B00000000 'bit reset
'
start:
'
data=0
Serin pb9600,1000,data
'
If data=101 Then ' "e" for East
flag=&B00000001
Else
If data=110 Then ' "n" for North
    flag=&B00000010
Else
    If data=115 Then ' "s" for South
      flag=&B00000100
    Else
      If data=119 Then ' "w" for West
        flag=&B00001000
      Else