rDUINOScope: Arduino Due Teleskop-Steuerung (GOTO) mit TFT, GPS, RTC, Bluetooth & Joystick

Komponenten und Materialien (Stückliste)

Komponente	Anzahl	Hinweis / Bezugsquelle
Arduino Due	1	32-bit ARM Cortex-M3, 84 MHz
3,2″ TFT 400×240 SD Touch Shield (für Due)	1	z. B. Elechouse
RTC DS3231 (mit AT24C32 EEPROM)	1	Echtzeituhr, batteriegerpuffert
GPS u-blox NEO-6M	1	Zeit & Position
PS2 Joystick (Analog)	1	Menü-Navigation
DHT22 Temperatursensor	1	Temperatur & Luftfeuchte
HC-05 Bluetooth Modul	1	MEADE LX200 Protokoll
DRV8825 Schrittmotortreiber	2	Für RA & DEC Achse
NEMA 17 Schrittmotoren (SY42STH47-1684B, 44 N·cm)	2	RA & DEC Antrieb
Prototyp-PCB (Shield)	1	Selbstbestückt
Riemen & Zahnriemenräder	2 Sätze	40/10 Zähne, passend zur Montierung
Widerstand 1 kΩ	10	Pull-Ups, LED-Vorwiderstände
Kondensator 100 µF	1	Strompuffer
Schalter (3×), Steckverbinder, Kabel	1 Satz	Netzschalter, Tag/Nacht, Motoranschlüsse

Projektüberblick: rDUINOScope

rDUINOScope ist die weltweit erste standalone Arduino-basierte Teleskop-GOTO-Steuerung. Im Gegensatz zu Raspberry-Pi-Lösungen (hoher Stromverbrauch) oder PC/Tablet-abhängigen Systemen arbeitet rDUINOScope völlig autark – kein Internet, kein externes Gerät nötig.

Kernfunktionen

• Datenbank mit 250 Deep-Sky-Objekten (Messier + Hidden Treasures) + 200 Sterne
• Berechnung von Position (Azimut/Höhe) aus RA/DEC, Zeit, Standort
• Ausrichtung (Alignment) für „Always in Eyepiece“-Erlebnis
• Siderische Nachführung (Tracking) nach Objektwahl
• Bluetooth (HC-05) für MEADE LX200-Kommunikation mit Stellarium, SkySafari etc.
• Kompatibel mit DIY-Montierungen & kommerziellen (SkyWatcher, Meade, Orion, Vixen…)
• Stepper-Motor-Ansteuerung per DRV8825 (Microstepping)
• Tag/Nacht-Modus (rotes Display für Nachtsicht)
• Touchscreen + Joystick für Bedienung

Hardware-Architektur

Pin-Belegung (Arduino Due)

Komponente	Signal	Due Pin
GPS NEO-6M	RX	16
GPS NEO-6M	TX	17
RTC DS3231	SDA	A4 (SDA1)
RTC DS3231	SCL	A5 (SCL1)
BT HC-05	TXD	14 (TX3)
BT HC-05	RXD	15 (RX3)
DHT22	Data	3
Piezo Summer	Signal	2
PS2 Joystick	VRx	A1
PS2 Joystick	VRy	A0
DEC DRV8825	STEP	6
DEC DRV8825	DIR	7
DEC DRV8825	M0/M1/M2	10/9/8
RA DRV8825	STEP	4
RA DRV8825	DIR	5
RA DRV8825	M0/M1/M2	11/13/12
TFT Shield	Pins 22–53 + SPI	–
Tag/Nacht Schalter	Signal	A3

Shield-Platine (Selbstbau)

Auf einer Lochrasterplatine werden beide DRV8825, RTC, Bluetooth, Summer und alle Steckverbinder für externe Komponenten (GPS, DHT, Joystick, Motoren, 12 V, USB) untergebracht. Wichtig: Vor Inbetriebnahme jede Lötstelle prüfen – Brücken zerstören den Due!

DRV8825 Verdrahtung

• VMOT → 12 V (Netzteil ≥ 1,6 A)
• GND → Gemeinsames GND
• STEP/DIR/M0/M1/M2 → Due-Pins (s.o.)
• RESET & SLEEP → brücken (oder per Software steuern)
• Wichtig: Motoren vor Einschalten der 12 V anschließen! Sonst Treiber-Schaden.

Software & Berechnungen

Astronomische Berechnungen

Basiert auf Formeln von stargazing.net (Stundenwinkel HA aus LST, RA, DEC). Validiert mit jgiesen.de und Stellarium.

Herausforderung: Float-Precision auf 8-bit AVR vs. 32-bit ARM. Der Due (ARM) bietet ausreichend Präzision.

Motorsteuerung: Schritte → Winkel

Im Code (Zeilen 34–37) werden Montierungs-Parameter definiert:

int WORM = 144;        // Schneckenrad Zähne (Vixen Super Polaris)
int REDUCTOR = 4;      // Untersetzung 1:4 (Riemen)
int DRIVE_STP = 200;   // Steps/Rev Schrittmotor
int MICROSteps = 16;   // 1/16 Microstepping

Daraus berechnet das Programm Mikroschritte pro Grad und Siderische Rate. Ein Excel-Tool (Gears_Stepper_Calculation.xlsx) liegt bei.

Wichtige Code-Abschnitte

• calculateLST_HA() (ca. Zeile 678): LST & Stundenwinkel
• Sidereal_rate() (Zeile 906): Tracking-Geschwindigkeit
• considerSlewTo() (Zeile 917): GOTO-Bewegung
• consider_Manual_Move(): Joystick-Handsteuerung

Aufbau-Schritte (Kurzfassung)

1. Vorbereitung: Code & Bibliotheken von Projekt-Website oder GitHub herunterladen. Arduino IDE + Due-Board-Definition + Bibliotheken installieren.
2. Materialbeschaffung: Ca. 190 $ (Stand 2019), alle Teile online (China) oder lokal erhältlich.
3. Shield löten: PCB zuschneiden, Bauteile bestücken, Pin-Header für Due aufbringen, alle Verbindungen prüfen.
4. Gehäuse bauen: Kunststoffbox, Löcher für TFT, Joystick, Schalter, Kabelverschraubungen fräsen/bohren. Heißkleben der Komponenten.
5. TFT-Anschluss: 40-poliges Flachbandkabel mit Spiegelung der Pin-Reihenfolge (Adapter-PCB nötig).
6. Montierung adaptieren: Riemen & Riemenscheiben an RA/DEC-Wellen montieren, Motorhalterungen fertigen (abhängig von Montierungstyp).
7. Test & Inbetriebnahme: Software laden, Alignment durchführen, mit Stellarium per Bluetooth koppeln.

Wichtige Anpassungen für Ihre Montierung

• Motor-Drehrichtung: Je nach Riemen-Seite (links/rechts am Schneckenwellenende) müssen STP_FWD/STP_BACK in considerSlewTo(), Sidereal_rate(), consider_Manual_Move() getauscht werden.
• Nord-/Südhalbkugel: Vorwärtsrichtung der Deklination invertieren.
• Zahnrad-Zähnezahl: Falls nicht 144 Zähne (Vixen), WORM anpassen und ggf. getrennte Werte für RA/DEC einführen.

Projektdateien & Ressourcen

• GitHub: dEskoG/rDUINOScope
• Website: rduinoscope.co.nf (Build-Guide, User-Guide, Downloads)
• Dateien im Repo: _02_Boiana_EQ.ino (Main), graphic_screens.ino, touch_inputs.ino, BT.ino, regular_updates.ino, _READ_ME.txt

Fazit

rDUINOScope beweist, dass ein 84 MHz ARM-Mikrocontroller (Arduino Due) leistungsfähig genug für eine vollwertige GOTO-Steuerung mit Objektdatenbank, Nachführung, Bluetooth und Touch-UI ist – bei einem Bruchteil der Kosten kommerzieller Systeme. Das Projekt ist Open Source, erweiterbar und lehrt Astronomie, Mechatronik und Embedded-Programmierung gleichermaßen.