Cam81. Описание.

Иногда копаться в недрах форума затруднительно. Чтобы не собирать информацию по крупицам — пожалуй я просто оставлю это здесь.

Информация о самодельной охлаждаемой астрономической камере cam81.

В основе cam81 – сенсор Sony ICX453AQ. Данный чип можно добыть из фотоаппаратов Nikon D40, D50, D70, D70s.
Особенностью схемы является то, что не нужен микроконтроллер в камере, а соответственно и не нужно его программировать. Все управление производится из программы на ПК (считывание пикселей, временные последовательности горизонтальной/вертикальной разверток и управление АЦП).

b5BC5dAm6es

cam81. Снимок sentimentalbob.

iHduer-9hlY

cam81. Снимок sentimentalbob.

 

H6XA4WJzDFI

cam81. Снимок sentimentalbob.

CAM8 на ED80:

ed80_cam8

ed80, cam8

Эта особенность схемы позволит ее легко адаптировать и на другие ПЗС-матрицы Sony.
Некоторые характеристики камеры:

  • цветной сенсор Sony ICX453AQ;
  • разрядность АЦП — 16 бит;
  • размер кадра 3000х2000 пикселей, 6 мегапикселей;
  • размер пикселя 7.8×7.8um;
  • время считывания кадра 1700 мс (зависит от скорости компьютера);
  • имеется охлаждение камеры на элементе Пельтье.

Программа формирует изображение в окне, имеется окно — лупа. Программа может сохранять полученное изображение в виде 16-битных данных, которые можно открыть в Maxim DL. Также для камеры был написан ASCOM совместимый драйвер, который помогает в интеграции камеры в популярный любительски астрософт.

Снимки с камеры cam81

Noname0

Снимок снятый при помощи cam81. grim.

moon0

Снимок снятый при помощи cam81. grim.

Управление cam81:

cam8_view

Bias cam8

 

Окно настроек CAM8_settings

Окно настроек CAM8_settings

Итак. Сначала общие слова. Схема питается от USB. Все необходимые напряжения +15В, -8В +3В, +6В (об этом напряжении особо) формируются от USB. Сердцем камеры является замечательнейшая микросхема FT2232HL. Эта многофункциональная микросхема позволяет организовать 2 High Speed USB Slave устройства.  Особенностью этой микросхемы является ее режим BitBing, позволяющий «дергать ногами» при довольно большой скорости (время переключения около 65 нс, что особенно чудно, у ней все «честно». Послал последовательность — так на ножке и есть, в отличие от других чипов, которые выдают сигнал по мере «переваривания» драйверами ОС.

FT2232H datasheet

FTDI-FT2232HL-image

FT2232H

У этой микросхемы 2 половинки – одна используется как высокоскоростной параллельный порт на вход, а ножками второй половины — формируют последовательность для горизонтально регистра. Для вертикального сдвига имеется еще дополнительная микросхема последовательного регистра 74HC595, с помощью нее удалось «сэкономить» ноги. С выводов этой микросхемы идут сигналы на формирователь уровня CDX1267 и далее уже на входы вертикального драйвера ПЗС.
АЦП — AD9826 16 бит, внутри нее есть CDS формирователь (ранее использовался 14-ти битный AD9822).

Теперь о ПО. Программа для работы с камерой написана на Delphi 7. Для считывания кадров используется отдельный поток. В основном потоке формируется  временная последовательность, которая одной командой посылается на FT2232Hl. Драйвер ASCOM работает по такому же принципу.

Кадр считывается целиком (почти 12 МБ) в буфер драйвера FT2232HL, а формирование последовательности по другому каналу занимает около 24МБ. Драйвер FT2232Hl «честно» всю эту последовательность отрабатывает. (Правда в него пришлось внести небольшие косметические изменения на размер буфера).

В пробной версии камеры считывание было построчное, не хотелось переполнять буфер. Но в этом случае получается неравномерность яркости по строкам, из-за задержек которые возникают между считыванием строк.

При считывании кадра выполняются следующие логические шаги:

  1. Подготовка последовательности импульсов чтения кадра (около 24 МБайт).
  2. Запись последовательности в выходной буфер драйвера FT2232Hl.
  3. Запуск отдельного потока на чтение со второй части FT2232Hl.
  4. Отправка выходного буфера драйвера FT2232Hl на микросхему.
  5. Ждем завершения приема кадра.
  6. Отрисовка изображения/сохранение.
  7. GO TO 1: .

Реально в алгоритм добавляется еще отработка экспозиции, очистка регистра хранения перед приемом изображения, очистка горизонтального регистра, отработка «темных» пикселей и т.д.

Для подключения сигнального вывода с матрицы рекомендуется использовать экранированный кабелек.

В качестве корпуса используется готовый герметичный корпус GAINTA G106. На снимке ниже все потроха камеры, на крышке смонтировано охлаждение. Подробнее о механике и охлаждении остановимся в одном из следующих постов.

SV300008-1

Один из прототипов cam81. grim.

SV300011-1

Один из прототипов cam81. grim.

hj0eDTYcywY

Один из прототипов cam81. grim.

IMG_8238-2

Один из прототипов cam81. grim.

 

Пельтье охлаждает медный цилиндрик-теплоотвод, который контактирует с матрицей, нагрев передается крышке корпуса, которая, в свою очередь обдувается вентилятором. Народ на форуме (http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=28929.msg442307#msg442307) экспериментировал с охлаждением – выводил медный цилиндр все корпуса камеры и цеплял на него кулер и радиатор. В итоге большей дельты, по сравнению с первоначальным вариантом охлаждения, достичь не удалось. Типичная дельта составила 28-30 градусов С.
Некоторую трудность представляет процедура выдирания матрицы с фотоаппарата. Подробнее писалось здесь http://astroccd.org/2013/01/matrix_for_cam81_83/

Также хочу добавить, что не обязательно использовать для этого химикаты. Некоторые пользователи используют ножовку по металлу.

Nikon_D70S_CCD_sensor_board

Модуль матрицы из Nikon D70. sentimentalbob.

LOn81lTOio0

Модуль матрицы из Nikon D70. sentimentalbob.

vlPS5MaSQvM

ICX453AQ. sentimentalbob.

2xjl0Fha2XQ

ICX453AQ. sentimentalbob.

7eADxEZ8nQg

ICX453AQ. sentimentalbob.

Болевые точки камеры следующие:

  1. Аналоговое питание AD9826/AD9822, оно должно быть чистым, хорошо фильтрованным, используется LC — фильтр, потом еще дополнительно переход на 3-х вольтовое напряжение, желательно запитать от отдельного стабилизатора.
  2. Вход для АЦП, в особенности 24-я нога должна быть соединена как можно короче с выходной цепью ПЗС- матрицы, развести плату с короткими дорожками не получилось, пришлось лепить экранированный кабель, он существенно уменьшает шумы считывания.
  3. Питание 15 вольт ПЗС матрицы и выходной цепи тоже должно быть чистым, тоже используется LC-фильтр.
  4. Особые хлопоты добавило питание +6 вольт, которое необходимо для питания горизонтального драйвера. По первоначальной задумке оно получалось через линейный стабилизатор от сформированного напряжения +15 вольт. При этом получилось наступить на следующие грабли — микросхемы max4428 во время считывания строки жрут питание не по детски, линейный стабилизатор этот ток передает на +15 вольт, сильно нагружая max743, тот, в свою очередь грузит питание USB- шины. И напряжение +5 вольт становится шумным, 15-ти вольтовое напряжение шумит, причем провалы по этим цепям синхронизуются с движением горизонтального регистра. Все это приводит к «муару» на итоговых изображениях. Пришлось сделать дополнительный преобразователь +6 вольт, питающийся от шины USB. В результате «муар» таки удалось победить. Также стоит обратить внимание на омическое сопротивление USB-кабеля, сейчас его изготавливают из омедненных алюминиевых проводов, рекомендуется использовать старые медные кабеля, оставшиеся от старой оргтехники. Или сделать внешний блок питания 5В для камеры. Схема преобразователя 6 вольт — стандартная схема, например, можно использовать какой-нибудь другой ШИМ-регулятор. Если сопротивление жил кабеля USB более 1 Ом, то на изображении возникает неравномерность яркости из-за просадки питания 5 вольт
  5. Как оказалось нагрузочной способности одной max 4428 по выходу хватает вполне (в прототипе использовалось 2шт max 4428). По уму питать вывод LH1 сенсора нужно отдельной микросхемой, но в данной реализации все и так работает.

Печатную плату (PCAD pcb) для камеры можно выкачать здесь — http://astroccd.org/wp-content/uploads/2014/10/CAM81_pcb.zip .

В разводке допущена ошибка — неправильно разведена цепь VT4, R18, R19 — приходится некрасиво лепить по месту.

Принципиальную схему – здесь — http://astroccd.org/wp-content/uploads/2014/10/CAM81_sch.pdf .

Очепятки. На схеме указано напряжение -7В (на самом деле там нужно -8В). Дроссель DR1 – можно использовать низкоомный, или перемычку. Питание DD12, DD11 – 5В, DD6, DD2 – 3В.

Перечень комплектующи — http://astroccd.org/wp-content/uploads/2014/10/Перечень-элементов-CAM81.txt .

Порядок сборки камеры — для начала рекомендуется запаять FT2232HL и обвязку. Примерно как на этих фотках:

IMG_8659

cam81. Сборка. grim.

IMG_8660

cam81. Сборка. grim.

Далее подключить к ПК и запрограммировать. Как это сделать описано здесь. После процедуры можно переподключить камеру к ПК и в ПО управления увидеть присутствие камеры в системе. Далее рекомендуется запаять все компоненты, кроме сенсора. Отрегулировать питающие напряжения 6В (резистор R3), 15В и -8В (резистор R1). Далее стоит запаять сенсор, и отрегулировать номинал резисторов R16, R17 добившись минимальных вертикальных полос на изображении. Подробнее в UDP.

Актуальная версия программы для управления cam8 — http://astroccd.org/2013/05/cam8_view/ .

Актуальная версия ASCOM драйвера.

Примеры астрофото на камере CAM8 — http://astroccd.org/gallery/ . Цыц про кривое поле и обработку 🙂 AS IS.

Все фотки надерганы с темы http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?topic=28929.0.

Или предоставлены в личной переписке.

Авторство проекта – grim.

Отдельное спасибо за фотографии grim и sentimentalbob.

UPD:

Добавлю фотографии моей платы cam81, на ней можно подсмотреть номиналы некоторых деталей и их расположение на плате.

Внимание, на фото красным обозначил резисторы R8, R9, с номиналом которых я провтыкал, синим обозначены резисторы которые нужно подбирать. Т.е. номиналы обозначенных синим резисторов на фото не совсем соответствуют действительности (у меня там бутерброд из 2-х штук впараллель).

После установки матрицы нужно подобрать резисторы R16, R17 (в моем случае R16 — 60 Ом, R17 — 0 Ом) так, чтобы минимизировать количество вертикальных полос. Это делается следующим образом: равномерно освещаем матрицу слабым светом, чтобы в программе захвата изображения при «iso» 10..3 была равномерная засветка в пол диапазона. Вместо резисторов R16, R17 подпаиваем переменники до 100 Ом с короткими проводками и добиваемся минимума вертикальных полос.

cam81 плата

cam81 плата

cam81 плата

cam81 плата

UPD2: добавился снимок М15 на cam81 от sentimentalbob: http://astroccd.org/wp-content/uploads/2014/10/cam81-M15-031l_.fit

4 комментария на “Cam81. Описание.”

  • Александр says:

    День добрый! Подскажите, пожалуйста, где искать схему размещения элементов на печатной плате? С PCAD дружбы не сложилось, посему попытки найти в файле с печатной платой данную схему не увенчались успехом. Не там ищу?

  • vakulenko says:

    Добрый день,
    К сожалению схемы размещения деталей cam81 на печатке не существует.
    Когда я паял свою камеры — сверялся по схеме.
    Могу вам помочь фотографией собранной камеры, на ней можно подсмотреть номиналы некоторых деталей.

    Схема размещения деталей существует для новой модификации камеры, камеры с затвором — cam8s. Материал о ней выложу в ближайшее время.

  • Александр says:

    Спасибо, буду ждать. Печатную плату еще не заказывал (cam83), так что есть шанс переиграть но новую модификацию

Добавить комментарий для Александр