“为了看星星，我自己做了一个行星观测器”

星空，永远是大家神往的地方。

这次给大家带来的项目，是外国小哥用树莓派和天文望远镜制作的一台智能行星观测器。

观测器从 NASA 获取已知行星的坐标数据，然后可以自动调整角度，聚焦这颗行星，让我们很方便地观测它们。

相信它能很好地带我们好好感受一下外太空世界。

材料清单

• 树莓派 3B ×1
• 16×2 LCD 屏幕 ×1
• 带驱动器的步进电机 （28-BYJ48） ×2
• 按钮 ×3
• 法兰联轴器 5mm ×2
• 按钮指南针 ×1
• M3 螺栓/螺母 ×8
• 3D 打印外壳 ×1
• 3D 打印望远镜 ×1

行星坐标数据

这里介绍两种定位行星的方法。

• 使用水平坐标系。它可以从北方（方位角）向上方倾斜一个角度和从地平线（高度）向上方倾斜一个角度，具体以我们的位置而定，角度会有所不同。这个方法以北方作为参考目标。参考资料： https://en.wikipedia.org/wiki/Horizontal_coordinate_system
• 将树莓派连上 WiFi 后，直接连接到 NASA 获得数据。

访问行星数据

从 NASA 喷气推进实验室（JPL）获取数据：

https://ssd.jpl.nasa.gov/?horizons

访问数据前需要安装 AstroQuery 库，这个库是用于查询行星网络表单和数据库的工具。下载地址：

https://astroquery.readthedocs.io/en/latest/jplhorizons/jplhorizons.html

如果这是你的第一个树莓派项目，可以先参考下面的设置指南：

https://projects.raspberrypi.org/en/projects/raspberry-pi-getting-started

确保安装最新版本的 Raspbian（我使用的是3.7.3版）。打开终端运行命令：

sudo apt install python3-pip

然后使用 pip 安装 astroquery 的升级版本。

pip3 install --pre --upgrade astroquery

在继续完成项目前，可以使用简单的 Python 脚本访问该数据，确保所有依赖正确安装。

from astroquery.jplhorizons import Horizons
mars = Horizons(id=499, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')
eph = mars.ephemerides()
print(eph)

不出意外，这串代码会显示火星的详细位置。我们可以查看火星定位是否正确：

https://theskylive.com/planetarium

为了方便查询，我会做简化处理。其中 id 表示是 JPL数据中与火星的数据，epochs表示获取数据的时间，id_type表示询问太阳系主体。“000”在格林威治天文台的位置代码中表示英国的位置。其他位置可点击查看：

https://minorplanetcenter.net//iau/lists/ObsCodesF.html

故障排除：

如果出现报错：No module named ‘keyring.util.escape’可以在终端中输入以下命令：

pip3 install --upgrade keyrings.alt

编程

为了找到精确的坐标数据，在getPlanetInfo修改位置信息（使用上一步中天文台的列表修改这里的location）

def getPlanetInfo(planet): 
        obj = Horizons(id=planet, location='000', epochs=None, id_type='majorbody')    
        eph = obj.ephemerides() 
        return eph

完整的 python 脚本下载方式，在文末告知。

连接硬件

在该步骤中，要连接面包板、跳线、两个步进电机、LCD 屏幕和三个按钮。在树莓派上找到引脚，在终端上输入

pinout

上图显示了 GPIO 编号和板子编号。

连接方式如下：

• 第一个进电机 – 7、11、13、15
• 第二个进电机 – 40、38、36、32
• 按钮 1 – 33
• 按钮 2 – 37
• 按钮 3 – 35
• 显示屏 – 26、24、22、18、16、12

当全部连接后，运行 python 脚本

python3 planetFinder.py

在屏幕上会显示设置文本信息，并且按钮可以启动步进电机。

3D 打印外壳

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所有打印 STL 文件，文末提供打包下载链接。

测试3D打印件

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部件都打印完成之后，在涂胶水之前，先确保它们都能紧密贴合。

将按钮安装到位，固定显示屏和步进电机，打磨一下外壳，确保所有组件都能正常使用。然后我们再进行下一步的操作。

安装步进电机

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步进电机将控制位于外壳上方的望远镜的仰角，所以需要延长电线方便旋转。安装方法可以参照上图。

接线完成后，可以运行一下 python 脚本，检查是否一切正常。

然后将电线放回管内，直到步进电机就位，再将步进电机固定在外壳上，把外壳粘合。

安装按钮和 LCD 屏幕

如图所示安装按钮，在焊接前使用螺母把它固定好。

使用M3螺栓和螺母固定LCD显示器。请将LCD其中一个引脚焊接到电位计上。

在将所有的组件粘合之前，再次测试代码，确保所有能够正常工作，因为该阶段更容易修复。

添加法兰联轴器

将3D打印的底座连接到步进电机。

我们把5mm的法兰联轴器安装在步进电机的顶部，并用螺钉固定到位。

将望远镜安装到旋转塔顶上的电机很简单，因为有足够的空间可以将小螺钉固定到位。

一个法兰器粘连在旋转塔架的底座上，另一个安装在望远镜上。再次测试，确保裸露的电线彼此不接触，用电工胶带缠住并修补可能引起问题的任何地方。

启动

因为想把它独立运行，而不是每次手动代码寻找行星，因此把观测器设置为在树莓派开启时运行代码。在终端中输入。

crontab -e

在打开的文件中，在文件末尾，另起一行输入。

@reboot python3 /home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py &

代码保存在 PlanetFinder 文件夹中，因此文件位置为：/home/pi/PlanetFinder/planetFinder.py。如果你保存在其他地方，请在此处更改。

说明：代码末尾的&是允许代码在后台运行，因此它在启动时不会阻止其他进程。

完成组装

将小指南针添加到旋转底座的中间，最后，将所有的组件安装到位！

使用方法

1、当望远镜开始启动时，调整垂直轴。按下向上和向下按钮可以移动望远镜，调整好后按下 OK 按钮即可（位于底部）。

2、调整旋转角度，使用按钮旋转望远镜，直到小指南针将望远镜指向北方，然后按下 OK 按钮即可。

现在，我们可以使用向上、向下按钮选择行星，确定好后按下OK按钮即可。它将显示选定行星的高度和方位角，指向它几秒后再转向北。

到现在，项目就算全部完成了。

赶紧去找找你心中的那颗行星吧！

项目来源：https://www.instructables.com/id/Raspberry-Pi-Planet-Finder/

项目作者：snowbiscuit