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ｖｅｇａ 2003.02.06〜
自動導入追尾システム （最終更新 2004．02．07 ）
＿＿＿ おしらせ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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導入追尾ソフトのデモ版 ダウンロードできます。 こちらです 2003.8.02〜
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数学関数の作り方 （秋月Ｃのユーザの方へ） こちらです 2003.10.8〜
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掲示板
自動導入追尾装置の自作に、挑戦しています。
私がどんなモノをどうやって作っているか紹介します。
ソフトは大分形になってきましたが、ハードは何もしていません。
ハード（モータードライブ）が完成するまで、考えた方法が正しいか否か分かりません。
部分微動を使用し、格安で導入追尾システムが製作できれば愉快なんですが。
機能
望遠鏡の極軸がどこを向いていても、導入追尾ができる。
微動ギアは全周ウォームギアでも、部分微動（タンジェントスクリュー）でも可能。
パソコンと、マイコン（Ｈ８−３０４８）制御のモーターを使用する。
眼視用とする。
機能分担
パソコン
星図を表示して、導入する天体を指示する。
極軸の位置を計算する。
マイコンからの望遠鏡位置データを受信し、星図上に表示する。
マイコン制御のモータードライブ
極軸の位置を測定する場合は、パソコンにデータを送り答えをパソコンから受信する。
導入追尾する天体位置はパソコンより受信し、後は自分で導入追尾する。
望遠鏡が向いている天球上の位置は、逐次パソコンに送る。
赤外リモコンを使用し、アイピースを覗きながら操作可能にする。
モーターはまずパルスモーターを予定しています。
ＤＣモーターも試してみたいですが、こちらは何の見とうしもありません。
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マイコン
ＡＫＩ−Ｈ８／３０４８Ｆ（ＲＯＭ：１２８Ｋ、ＲＡＭ：４ＫＢ、１６Ｍｈｚ） とそのマザーボード基板 （秋月電子）
パソコンとの接続は、シリアルポート（ＣＯＭポート）
マイコンの制御は、赤外リモコンとパソコンから
追加部品
１２８ＫＢのＳＲＡＭ(ＲＡＭ上でのテストの為）
赤外リモコン受光素子
ＬＣＤ ４０文字ｘ２行
電子ブザー（追加予定で、リモコン受け付け時や、動作完了など）
シリアルＲＯＭ（追加予定で、観測地の緯度経度など設定データを保存する）
開発環境
Ｃのコンパイラは、ＡＫＩ−Ｈ８（３０４８）用コンパイラ （今はトラ技２００２．０３の付録ＤＯＳ版） 他
モニタープログラムは、日立製のＨ８モニター（フリーソフト）を外部増設ＲＡＭ用にカスタマイズして使用。
Ｉ／Ｏに関係無くややこしいところは、Boland
C++ Compiler 5.5を使用してパソコンでテスト
すれば、Ｈ８でまず問題が発生しません。
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現状
作ったのは、ソフトのみです。Ｈ８／３０４８Ｆは以前使用したものがありました。
パソコンとＨ８マイコンと接続して動かしてます。最初は、（バーチャルですが）暴れ回ってた望
遠鏡も今では、大分おとなしくなり言うことを聞くようになりました。Ｈ８に周波数カウンタをつない
で、モーター用パルスの周波数が思ったとうりに変化するとこまで確認しています。
モータードライブはまだ何もありません。
Ｈ８に付けたＬＣＤには、年月日時分秒、恒星時、目標天体の赤経赤緯と高度方位角と時角、
望遠鏡が向いている赤経赤緯、追尾速度（パルスレート）、極軸座標などを表示します。
パソコンで導入指示をすると、Ｈ８から送られた位置（赤経赤緯）は、目標に近づき、目標の天体を捕らえて
止まります。（モーターはつないだつもり）
追尾時に、追尾速度を計算（座標変換など）しＬＣＤ表示とパソコンに位置送信の１サイクルに
１秒間以内です。
Ｈ８の制御（粗動、停止）などは、パソコンからと赤外リモコン(テレビ用カードリモコン）で行います。
タンジェントスクリューを使用した方式でも、Ｈ８とパソコンをつないでうまく導入追尾してます。
アームが長くなると、パルスレートが段々と速くなってくるのがＬＣＤ表示でわかります。
☆ ＲＯＭ化とシリアルＲＯＭの読み書きができるようになったので、パソコンと接続しなくても動かせるように
手を加えています。自立する為には、天体データ、基準星を内部に持つ必要があります。パソコンのソフト
からＣのソース（データ初期化）を吐き出すようにしました。星以外のデータは、１７００個ほどなのでそれほど
サイズは増加しません。Ｌｃｄに表示させて選択したり、リモコンのボタン（テンキー）でメシエ番号を直接指定
するようにする予定です。極軸を求める計算ロジックは、現状では遅くてＨ８では使い物にならないので、経緯台
のみ自立（パソコンなし）します。設定は、水準器で水平に合わせるだけ。赤道儀は、最初だけパソコンを接続
し、極軸の位置を計算したら後は、外してもＯＫにする予定です。
惑星の位置推算のソースを追加してコンパイルしたら一気に１２８ＫＢを超えてしまいました。３０４８ではどうやら
無理のようです。計算量がとても多いです。短精度にしたらどうでしょうか？ 惑星は最初だけパソコン
から受信するようにします。彗星の位置推算は計算量が少ないので、問題にならないはずです。
リモコンを変えてボタンの数が増えたので入力の自由度が増えました。数値を直接入力できるのが良いです。
チャンネル番号が、テンキーの代わりです。
薄くて軽くてもう少しボタンが多いと具合がいいのですが。入力の処理方法を変えたので確実に反応し、反応
時間も速くなったので、手動でモーターを動かすのもたぶん問題にならないと思います。
今後追加予定機能
友田さんの掲示板でドブドライバーという装置の原理が紹介されましたが、試しにシミュレーションしてみ
ると結構良さそうです。最小二乗法で、４次式で近似すると精度がぐっと良くなりました。ずれが気になっ
たら中心に移動し、再計算するだけでしばらくは、ノータッチで良さそうです。（倍率にもよりますが）
導入が必要ないなら、これで十分と思います。（データを出さないと全然説得力ないですね。）
この方式なら望遠鏡（経緯儀、又はドブ）の水平を合わせなくてもいいはずです。
経緯儀は水準器で水平を合わせれば（正しく天頂に向ける）、極軸設定位置計算の必要がなくＨ８だけで
も処理速度的には問題ありません。天体位置データをマイコン内部に保存すれば、パソコンが不要になり
コンパクトになります。でもパソコンから星図を見て操作する便利さにわかなわないと思います。
２０００〜３０００ﾊﾟﾙｽ／回転
程度のロータリ・エンコーダﾞを付ければモーターなしで導入ができます。
これなら、モーターのスピードにイラつくこともなくなります。
【私の教科書】
新装改訂版 天文計算入門 長谷川一郎
著
恒星社 ISBN4-7699-0818-0
C0044 \2,500E
計算方法が具体的に書いてあり、例題が出ています。
機能毎にＣの関数にしておけば、パソコンでもマイコンでもソースを共用できます。
極軸のずれを考慮した導入追尾は、Ｐ３７の黄道座標と赤道座標の変換式を参考にしました。
座標変換の方法
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Ｈ８のソフト作り
パソコンソフト作成時に、天文用共通関数として外出しにした関数をそっくりそのまま(include)で使用できました。
複数の割り込み（多重割り込みと言うのか？）は始めて使用しましたが、試行錯誤の末モーター用クロックは、
途切れず出るようになりました(周波数カウンタで確認）。
ＳＣＩの出力は（割り込みは使用せず）、他の処理の割り込みが入るからタイミングが狂いエラーになると
思っていたましたが、意外に全くエラーになりませんでした。ハードで送り出しているからかもしれません。
これを使用して、任意のタイミングでパソコンにデータを送信できます。
モーター用クロックの作り方は、タイマーのコンペアマッチの機能を使用しました。
１６Ｍｈｚを内臓の１／８のプリスケーラーで使用すると２Ｍｈｚになります。タイマーはのカウンタは１６ビットだから
コンペアする値により約３０．５ｈｚ以上のクロックが作成できます。（一回にＯＮ，ＯＦＦだとこの半分）
これより遅いクロックは、Ｎ倍して３１ｈｚ以上にして、あとは自力（ソフト）で分周しました。
精度は、１６ビットでも１／１００００以上のあるので十分と思います。
●１６ビットタイマー割り込み
経度モーター用クロック
緯度モーター用クロック
時計および導入追尾計算用のトリガ
赤外リモコン受信用
●割り込み
ＳＣＩ受信用 パソコンからのデータ
ＩＲＱ１ 赤外リモコン受信のスタート処理用
●Ｉ／Ｏポート（制御用のみ） こんな感じ
経度モーター用クロック １個
(又は４個）
緯度モーター用クロック １個
(又は４個）
経度モーター回転方向
１個 (又は0個）
緯度モーター回転方向
１個 (又は0個）
赤外リモコン入力
２個
電子ブザー １個
LCD表示
６個
ＳＣＩ（ＣＯＭポート）用
２個
シリアルＲＯＭ
２個
外付けＲＡＭを接続している為に、Ｉ／Ｏポートを沢山使用しいますが、まだ少し余裕があります。
ＡＤ変換ポートも空いているので、バッテリーの電圧監視もできます。
●使用メモリ
３５ＫＢ（プログラムサイズ）（天体データなしの状態）
使用しない関数がソースの中に結構あるので整理すれば減るけど３２ＫＢ以下にはならないかもしれない。
コンパイラの指定でdoubleをfloat扱いにすると３２ＫＢ以下になりました。短精度でＯＫならコンパクトで
安価な３６６４が使用できます。だた天体データは内部に持てませんが。
３０４８は残りＲＯＭが８０ＫＢとして、１天体２０バイトとしても約４０００個の天体データが保存できます。
●Ｈ８／３０４８の処理スピード
追尾時は、１サイクルで大筋下記を行います（導入も大体同じ）
１．現在時刻、観測置く緯度から地方恒星時計を進める。
２．追尾天体の時角を計算する。
３．Ｘ秒先の位置（望遠鏡座標）を求める。（座標変換）
４．方位角、高度を計算する(ＬＣＤ表示の為）。（座標変換）
５．Ｘ秒先の位置にＸ秒間かけて移動する速度（パルスレート）を計算する。
６．現在の望遠鏡座標から赤経赤緯に変換し、パソコンへ送信する。（座標変換）
７．ＬＣＤへの表示をする。（位置、など）
この処理が１秒以内で計算できます（ＲＯＭ化で）。座標変換にとても時間がかっています。
実数はすべてｄｏｕｂｌｅで計算しています。除算は、乗算の４倍時間がかかるので、気をつければ
計算スピードが結構違います（度、ラジアン変換など）。
doubleは、必要無いかもしれません。floatなら、ずっと早くなるはずです。又は数学関数の精度（収束の
繰り返し回数）を落とす手もあります。
計算サイクルが速くなれば、追尾時のパソコン表示がスムースになるんですがね。
● シリアルＲＯＭ追加 （２４ＬＣ２５６ Micrichip
)
２５６ＫｂｉｔのＩ２ＣタイプのＥＥＰＲＯＭを接続しました。６４ＫＢをモニター配下で４秒弱で読み込むことができます。
今回は、これに天体データを入れる予定はないのですが、１Ｍｂｉｔにすれば少し遅いですが実用にはなりそうです。
今回は、観測地の緯度経度やギアの定数などを保存することにします。
☆ ● 赤外リモコン
赤外リモコンは、今まで割り込み処理で他の割り込みを抑止していたので、リモコンを押すたびにモーターのパルス
が遅れていました。これをタイマーを使用した受信方式に変更しました。これなら他の割り込み処理も同時処理する
ので、大丈夫なはずです。（未テスト） ただ常時タイマを動かすとＣＰＵ負荷が大きいので、割り込みのポートで赤外
リモコンの入力を検出してタイマをスタートし、データ入力後タイマを停止するようにしています。モニター配下では、割
り込み処理が渋滞しやすくなるようでモータースピードを上げるとハングしやすくなりました。ＲＯＭ化すると問題は起き
ません。
●てこずった所・その他
（１）
ＡＫＩ−Ｈ８（３０４８）用Ｃコンパイラは、数学ライブラリー（sin,cosなど）がほとんど削られている
のを知らず、リンクして始めて気がつきました（かなりショック）。仕方なく、数学関数（sin,cosなど）
を作る始末になりました。 作り方。
パソコンでテスト（ｂｃｃ）した数学ライブラリが、Ｈ８で正しく動いたり、動かなかったりで困りました。
調べた結果、コンパイラ付属の倍精度の絶対値関数 ｆａｂsが正しくないことが分かりました。
ｆａｂｓを自作して解決しました。
計算精度が悪い部分があり、ここを参考にしました。ほとんどの関数（ソース）があるようです。
http://oku.edu.mie-u.ac.jp/~okumura/algo/
「奥村晴彦」さん著 『Ｃ言語による最新アルゴリズム事典』 の公開ソース
（２） printfの変わりにｒｐｒｉｎｔｆを作りました。double、ｌｏｎｇなどをＡＳＣＩＩに変換してＲＳ２３２Ｃポートに出し
てテストする為です。パソコンのｂｃｃ（Boland
C++ Compiler 5.5）でテストして、Ｈ８で動かすと
部分的に動きません。（１）と同時に発生した為、どちらが（両方が）ダメなのか分けがわかりません。
調べた結果、関数frexp()の結果がｂｃｃの結果と違うことが判明。 frexpを使用しないように変更して解決
しました。（コンパイラ付属の関数で生き残った数学関数に注意しましょう。）
（３）
割り込みは、試行錯誤でやったら動くようになりました。
２種類のﾊﾟﾙｽが、絶え間無く出るようになった時は、これで導入追尾ができるかもしれないと思いました。
ソース１ ソース２ （コメントはあまり信用しないで）
現在は、これとは別な方法（#pragma
interrupt(ｘｘｘｘｘ) を使用する）に変えてあります。（2003.8.2）
ここの サンプルで B3_48_HEW と同じ作りです。これは４個のパルスを独立した周期で出力しています。
最低の周期は、３０Ｈｚ程度ですがこれより低い周波数は、自力で割りこみ回数をカウントしてＮ回に１回
パルスを出すようにします。
（４） 赤外リモコンは、テレビ用カードリモコン（ジャンク）を使用しています。
受信素子は、秋月電子で購入しました。赤外リモコンのフォーマットは下記に参考資料があります。
参考 トラ技 １９９８年１２月号 Ｐ３５５〜Ｐ３６２ これを参考にしました
トラ技 １９９６年１１月号 Ｐ２６１〜Ｐ２７９ これは見ていません
（５） 今マイコンを選ぶとすれば（悩むところ。下記は３６６４Ｆ以外購入してません。無責任モードです。）
ここの内容は、かなり時代遅れになっています。（記２００５．７）
その前にＡＫＩ−Ｈ８／３０４８Ｆについてです、位相係数モードを使用すれば、一般によくあるロータ・
リエンコーダのカウントアップ、カウントダウンがソフト処理なして出来ますが、残念ながら１ｃｈしか
実装されていません。
・ＡＫＩ−Ｈ８／３０５２（25Mhz）のセットは、 ｇｃｃの環境が付いてくるので数学ライブラリが使用できますが、
倍精度が使用できません。（Ｈ８のｇｃｃ）
ＲＯＭサイズは、５１２ＫＢあるので天体データも十分度内蔵できます。増設ＲＡＭはありません。
ＲＯＭの最大書きこみ回数は、１０００回と多い。
これだけでは書きこめないので、書きこみ基板を自作するか、３０４８用マザーを購入して改造が必要。
ＵＳＢキット（キット−１８２）ならＬＣＤ（基板に配線済み？）と、ＳＲＡＭ（１２８ＫＢ）が付いているらしい
（パターン配線済み？）。
・ＡＫＩ−Ｈ８／３６６４は秋月に専用コンパイラがありますが、数学ライブラリが削られています。
このコンパイラは、アドバンスモードのライブラリがないので注意が必要です。
日立が公開しているＴｉｎｙ用開発環境（無償）なら、数学ライブラリも付いています。
コンパクト、安価を狙うならこれ。
・秋月のＨ８−３０６９Ｆは、２５Ｍｈｚ、ＲＯＭ５１２ＫＢ、とＤＲＡＭですが２ＭＢの外付けＲＡＭがついて、
安価（\4,300）。ＣｙｇｗｉｎのＣコンパイラも付いています。数学関数もＯＫですが、倍精度は使用できません。
秋月で６４ＫＢ以上のＲＡＭを持つものは、これしかありません。
下記hamayanさんのカスタマイズした日立モニター(3069用）が
、動くそうです。これで書きこみ制限１００回を
気にせずに使用できます。
シリアルＥＥＰＲＯＭも付いているかも。
ただｇｃｃの開発環境のセットアップがむずかしいらしいです。
☆ ・秋月初のＳＨ２マイコンボードが発売されています。（\9950）ＳＨ２／７０４５Ｆ（２８．６４Ｍｈｚ）、２５６ＫＢの
ＲＯＭ、１ＭＢのＳＲＡＭが付いています。開発環境は、ｇｃｃのようです。
hamayanさんがこれ対応のモニターを発表しました。動作確認もとれているようです。
ルネサステクノロジの評価版の開発環境も使用できます（３ヶ月期限）。３０４８の７倍以上速いかな。
ＳＨ２ならこれしかない。
・ＳＨのＳＨ７０４６Ｆ（（株）アルファプロジェクト
）ならＳＨマイコンでは安価です。（\7800）
位相係数モードが２ｃｈあります。
開発環境は、トラ技２００１．６付録のｇｃｃをインストールすれば、即使用できます。数学関数は、問題無
く使用可能なはずです。
・トラ技２００２．０３の付録のＣＤ−ＲＯＭには、ＤＯＳ版（旧版）のＨ８の開発環境（ｃコンパイラも）が付い
ています。数学関数（ｓｉｎなど）は削られています。
・日立のＨ８とＳＨの評価版開発環境は、３ヶ月間試用できます。数学関数は、そろっています。
・（有）イエローソフトにもＲＡＭつきのボードかいろいろあります。買いやすい値段。
ＳＨ７０４５の１２８ＫＢのＲＯＭ付き \12,800
など
開発環境は結構するので私はパス。日立のモニターとトラ技２００１．６付録のｇｃｃは上手く使えるだろうか？
その他ＲＡＭ付きのＳＨやＨ８のＣＰＵボードが色々あります。
Ｈ８のｇｃｃ環境を使用したところ、doubleは４バイト（短精度）になります。gcc3.3でも同様らしいです。
これは仕様なのかも知れません。注意注意注意。
現状では、Ｈ８でdoubleを使用するには、ｇｃｃ以外を使用するしかないようです。
ＳＨのgcc環境は、doubleは８バイトで使用できます。（トラ技付録ＣＤ−ＲＯＭ）
Ｈ８のｇｃｃ環境使用してみました。
Ｈ８開発環境の独善的選択ガイド
参考 日立のフリーソフトや評価版開発環境、モニタープログラムなど
http://www003.upp.so-net.ne.jp/hamayan/ hamayanさん Ｈ８、ＳＨの開発環境
http://akizukidenshi.com/catalog/h8kit.html 秋月Ｈ８マイコン
http://watson8.com/ watson8さん 日立モニターとｇｃｃ（秋月）ノウハウ
トラ技は、公立図書館に所蔵してあるところもあります。私の所では、他の県内図書館のトラ技を最寄の
図書館経由で借りることができます。
（６）
ＣＣＤ（ＱＣＡＭ）で追尾できるか、ロジックを試してみました。 ここです 2003.6.04
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●パソコン側ソフト（ＶＣ＋＋で作成）
天体の位置データは、友田さん管理の掲示板で教えていただいたのを使用しました。
http://cedrica.webpipe.net/tc.html ６０９個の星と１７３２個の星以外のデータ
http://adac.mtk.nao.ac.jp/
ＦＫ５カタログの星データ（１６７０個）
http://sites.netscape.net/raycash715/dm600.htm これはまだ未使用
Ｈ８から、いつ来るか分からないメッセージ（ＣＯＭポートで受信）をどうやって受信するか不安で
したが、フーコーテスターソフトの受信と同じＡＰＩ（ReadFile）で受信できました。
ＣＯＭポートはオープン後、受信データはＷｉｎｄｏｗｓ側でバッファに受信データが貯めてあるので、
データは失われない事が分かりました。 タイマーで定期的に読みにいけばＯＫです。
Ｈ８側がよく分からない場合は、Ｈ８でｒｐｒｉｎｔｆ（上記）を使用しＰＣに送り、ＰＣで受信してログファイルに
書き出しています。
Ｈ８へのデータ送信は、ＡＰＩのWriteFileを使用しています。
太陽の黄経の計算（赤道直交座標）と彗星の位置推算は、上記 「天文計算入門」を参考にしました。
惑星、太陽、月の位置推算は、真木さん公開のJava
Scriput を参考（丸写しコンバート）にしました。
http://enjoy.pial.jp/~maki/
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