Wird etwas dauern bis ich hier wieder was berichten kann. Bin dabei die Schnittstelle zwischen PC und Kamera komplett neu zu programmieren. Das Kommandointerface, welches ich für die erste Inbetriebnahme gebaut hatte eignet sich nicht so gut für die Zusammenarbeit mit Programmen wie AstroArt. Auf der PC-Seite muß auch der Treiber entstehen. Das wird auch etwas dauern da ich seit Ende der 90er keine Software mehr für Windows geschrieben habe. Dort hat sich doch einiges getan.
Hi Thomas !
Ich verfolge ebenfalls Dein Projekt schon einige Zeit.
Auf dem HTT habe ich ja Dein Werk schon in Aktion gesehen.
Für die ersten Testreihen war es sehr interessant.
Meine Frage bzgl. des Kodak-Chip-Typ´s...:
Gibt es bei exakt desselben Chip-Typ´s nicht dennoch eine Timing-Streubreite der Ansteuersignale ?
Ich denke mal "Ja" sodass man um eine kleine Umprogrammierung softwareseitig nicht herumkommt oder ?
Zumindest was das Signalverhalten und evtl. auch des Ausleseverhaltens angeht.
Aber genug der Fragen.
Finde es immer wieder klasse, das sich einige an dieser Materie herantrauen.
Du nutzt vorhandene Komponenten um diese auf optimale Bedürfnisse zu modifizieren.
Und da bist Du schon wirklich weit in der Materie vorangekommen. Hut ab !
Was Du da alleine auf die Beine stellst.
An diversen CCD-Projekten wirken da schon einige mit.
Mir juckte es damals auch in den Fingern.
Ein Projekt CCD-komplett-Selbstbau zu realisieren.
Zudem käme noch das nötige Budget hinzu.
Da habe ich dann aufgegeben und mich dann doch lieber der Antriebstechnik gewidmet.
Ist auch etwas einfacher.
Soweit von meier Seite.
Also bis zum nächsten HTT und...
Frohe Weihnachtstage und nen guten Rutsch in´s neue Jahr 2015.
M.f.G.
Thomas der Zeltnachbar
Geschafft. Nach einigen Monaten Pause hatte ich im Juli und August wieder Zeit für die Software und es hat schon mal für ein erstes Bild in AstroArt gereicht.
Vor dem Sensor sitzt zu Entwicklungszwecken erstmal ein altes 50mm Foto-Objektiv. Den letzten Urlaubsabend lag eine dünne Bewölkung am Himmel. Also habe ich zum Test mal über die Ostsee geschaut und zum Test die Windräder des neuen Baltic2 Windparks anvisiert. Der soll etwa 30km vor der Küste stehen.
Die helleren Flecken sind Schiffe. Ich habe 5s belichtet. Die Lichter der Windräder sind synchronisiert und in der Zeit etwa 2s eingeschaltet. Man sieht auch deutlich, daß der Camera noch die Kühlung und die Subtraktion des Schwarzbildes fehlt. Der Hintergrung ist auch noch deutlich verrauscht. Das könnte von der Stromversorgung kommen. Der Behelfsaufbau hat da seine Grenzen.
Die letzte Woche hatte ich noch die Funktionen zum Auslesen eines Teilbildes zum Fokussieren implementiert. Das funktioniert auch schon recht brauchbar.
Jetzt werde ich erstmal Zeit in die Stabilität investieren müssen. Momentan bleibt die Verbindung nach einiger Zeit hängen und es ist noch nicht richtig klar ob das am Treiber für AA oder an der Firmware in der Camera liegt.
Für die gute alte Handskizzenmethode wurde die Konstruktion dann doch zu kompliziert. Da habe ich mal angefangen mit FreeCAD. Die Einarbeitung ging dank YouTube recht gut und das Grundkonzept für einen Sensorkopf mit dem KAF1401 steht schon mal.
Diverse Bauteile werden den Spenden der zerlegten MegaPlus Kameras entnommen. Das Sensorboard kommt von der MegaPlus 1.4 da ich dieses in der Funktion recht gut verstanden habe. Von dem Bündelkauf von 3Stk. 1.4i habe ich genügend Schutter, also kommt davon einer rein.
Die TEC Elemente waren per Brief aus China sehr günstig zu haben. Alle drei Peltiers sind für max. 8.5A ausgelegt, die großen haben mehr Spannung. Damit kann ich alle 3 in Reihe schalten und lande in der Summe bei 13,8V die nicht überschritten werden dürfen. So ist auch nur einen Strang zu regeln.
Fehlt als nächstes noch der hintere Deckel mit der bereits beschriebenen Schnittstelle und die Kühler an der Seite. Da werde ich wohl ein paar alte PC Kühler zersägen und passend fräsen. Der vordere Deckel kommt wieder von der 1.4i, wird aber etwas kleiner gefräst und innen ausgehöhlt was 3mm Bauhöhe bringt und Gewicht spart.
Inzwischen habe ich ein brauchbares FreeCAD-Modell der CCD-Unit. Die Konstruktionsunterlagen aus FreeCAD kann ich unter einer Creative Commons Lizenz bereitstellen falls jemand Interesse hat.
Die vordere Deckplatte und damit das primäre Anschlussgewinde stammt von der MegaPlus Camera, wird allerdings bearbeitet. Die Entwärmung des Kühlers erfolgt durch das gefräste Alugehäuse. Die Kühlkörper werden aus ausgedienten PC-Prozessorkühlern gefräst.
Am hinteren Deckel wird ein flacher 120mm Lüfter befestigt. Das Cameragehäuse ist oben zugänglich. Dort befindet sich die bereits erwähnte Schnittstelle zur Prozessorbaugruppe.
Leider kann ich mit FreeCAD das Volumen und damit das Gewicht nicht richtig abschätzen. Die momentane Schätzung liegt bei knapp 1kg.
Mir fehlen einfach noch Erfahrungen wie schwer es sein wird den Sensor plan in der Bildebene zu justieren. Daher gibt es am Kühler eigendlich zu viele Schrauben die gewisse thermische Kurzschlüsse erzeugen und ich habe den Kühler eher überdimensioniert.
Langsam hat das Aluminium die Löcher an der richtigen Stelle.
Objektivseite mit Shutter:
Aussparung für Kühler und Sensor:
Wenn alles passt geht's dann zum eloxieren.
Nach dem Eloxieren konnte ich die Kühlkörper und den Shutter zusammensetzen. 
Für den Einbau der Sensoreinheit fehlen noch die Platinchen für die I2C Temperatursensoren. Davon soll je einer die Temperatur am Sensor, der Kupferplatte, dem Gehäuse und der Außenluft messen. Damit sollte man neben der Steuerung dieses Aufbaus auch genügend Erfahrungen sammeln können um in späteren Designs die Kühler effizienter auslegen zu können.
In den leztzen Wochen habe ich die Temperatursensoren aufgebaut und die entsprechende Software für den I2C-Bus zum Laufen gebracht. Dazu habe ich nun endlich mal eine Controller-Elektronik auf ein Brett geschraubt um leichten Zugang zu haben.
An dem Bandkabel sitzen behelfsmäßig die vier Sensoren von Maxim. Diese sind bereits kalibriert und man bekommt ohne viel Rechnerei eine korrekte Temperatur. Nach dem Ansprühen mit Kältespray kann man den Auftauvorgang beobachten. In dem Moment wo sich das Eis auflöst meldet der jeweilige Sensor sehr exakt eine Temperatur um 0°C. Das reicht mir im Moment zur Verifizierung.
Neben den Temperatursensoren soll dann noch ein IC zur Lüftersteuerung mit an den I2C Bus. Das werde ich aber vermutlich erst aufbauen wenn die Camera in diesem mechanischen Aufbau wieder läuft und klar ist, dass die Störeinstreuungen weg sind und der Chip sich in der Bildebene korrekt justieren lässt.
Hier mal ein Bild des Sensors mit der 2. Kühlerstufe und dem Temperatursensor auf der Kupferplatte.
Den Sensor habe ich einstweilen mit einer GoPro-Linsenschutzfolie abgedeckt. Mal sehen ob sich das als Staubschutz bewährt solange das Gehäuse offen ist.
Inzwischen ist nun auch der Sensor im Kühlergehäuse eingebaut. Dazu die beiden Peltiers der 1. Kühlerstufe mit Wärmeleitpaste ins Gehäuse gesetzt
und die Kupferplatte mit 2. Stufe und Sensor drauf montiert.
Die ebene Ausrichtung der Platte gegen das Gehäuse konnte ich erstmal nur mit einem Messschieber einstellen. Die Justage wird erst möglich sein wenn die Kamera funktioniert und man ein Bild auf den Sensor werfen kann.
Da der erste ungekühlte Aufbau im Kodak-Gehäuse immer noch zur Softwareentwicklung taugt wollte ich dieser erste Kamera nicht auseinanderreißen. Daher ist ein weiterer Controller mit Stromversorgung entstanden der dann am anderen Ende der oben genannten Schnittstelle sitzt.
Zur Ansteuerung der Peltierkette musste auch noch eine Leistungsstufe her. Nach etwas Suche in alten PC-Netzteilen ist dann folgende Lösung entstanden.
Als Schaltung sieht das etwa so aus (LT-Spice Simulation):
Da das Peltierelement (simuliert als R1) gegen seine Umwelt isoliert daher kommt kann man sehr schön mit einem N-FET (M1) gegen Masse arbeiten. Als Ladespule dient L1 und D1 sorgt dafür das der Strom in den Schaltpausen noch etwas weiter fließt. C2 soll den Strom durch den Kühler etwas glätten. L2 und L3 sind parasitäre Induktivitäten von Anschlussdrähten. Diese sind relativ wichtig um den recovery Strom zu begrenzen wenn der Transistor öffnet und die Diode von Fluss- in Sperrrichtung übergeht.
Bei 100kHz und 80% Tastverhältnis stellt sich ein Strom von etwa 6A ein.
Die aufgebaute Schaltung oben verhält sich auch sehr gut wie das Modell. Grün der Strom durch das Peltier und rot der Strom durch den Transistor mit den recovery-Spitzen der Diode.
Im praktischen Aufbau sitzt noch ein MAX626 als Treiber vor dem FET um das Ganze von einem PWM-Timer des Controllers aus der 3.3V Logik ansteuerbar zu machen.
Damit habe ich die Möglichkeit beim Auslesen des Sensors den Schaltregler für den Kühler zu stoppen.
Das ganze arbeitet mit den gewählten Bauelementen sehr effizient. Bis etwa 5A kann man von Hand kaum eine Erwärmung des Alu-Blechs feststellen. Erst bei fast vollem Strom wird es handwarm.
Hallo Thomas !
Jobmäßig hat das natürlich obere Priorität, alles wieder in trockene Tücher zu bekommen.
Ich hoffe, dass ein Standortwechsel stattgefunden hat, der noch in zumutbarer Nähe erreichbar ist.
Alles Gute dafür.
Ansonsten hoffe ich, Dich unter dem CS-Himmel, wie jedes Jahr, auf dem HTT anzutreffen.
Falls Deine Cam bis dato fertig sein sollte, werde ich mal diese beäugeln wollen.
Dein Projekt ist schon recht interessant.
Falls Interesse, habe hier noch zwei Sensoren rumliegen und werde sie mit zum HTT bringen.
CS & CU
M.f.G.
Thomas
Nachdem der ganze Kabelsalat zwischen Controller und Sensoreinheit nun endlich geht habe ich in den letzten Tagen den Analogteil für das Videosignal abgeglichen. Einiges an interessanten Details zu diesem Thema ist hier zu finden:
http://www.asiaa.sinica.edu.tw/~sfhsu/upload/McLean_2008.pdf
Um frei messen zu können habe ich einen Sensor mit GoPro-Folie und angestochenem Aluklebeband als Lochkamera verwendet. Bei gemütlicher Abendbeleuchtung schafft man es dann auch den Lichtfleck unter den Sättigungspegel zu bringen.
Das eigendliche Problem beginnt am Sensorausgang wo dem etwa 1V Signal noch etwa 10V Gleichspannung aufgeprägt sind. Damit ist man satt außerhalb dessen was gängige schnelle Signalverstärker verarbeiten.
Kodak hatte hier eine AC-Kopplung gebaut um die Gleichspannung los zu werden. Allerdings haben die Jungs auch sehr viel schneller gelesen als ich das kann und auch nur mit etwa 7..8bit aufgelöst.
Also hatte ich mich bei den ersten Versuchen letztes Jahr schon entschlossen für jedes Pixel den Schwarz und den Belichtungswert zu wandeln.
Gleichzeitig liegt vor dem Schwarzwert immer noch ein recht hoher Impuls der beim Rücksetzen der Ausgabezelle entsteht.
Kodak hatte die Verstärkerstufe mit einem Verstärker gebaut der in der Lage ist Signale außerhalb eines einstellbaren Pegels abzuschneiden.
Auf dem folgenden Bild ist der Reset Impuls bereits weitestgehend abgeschnitten.
Der Bildinhalt steckt also in der Höhe der fallenden Flanke nach dem Dunkelwert. Nun geht es also darum das Signal möglichst breit in die +/- 1.5V Treiberbereich zu bringen und dabei so viel Luft zu haben, dass es einen je nach Bildinhalt wandernden Offset noch verkraftet.
Über eine komplette Bildzeile zusammengeschoben ergibt sich folgende Hüllkurve.
Die obere Kante bilden die Reset-Pulse die vom Verstärker begrenzt wurden. Darunter erkennt man die Linie des Dunkelwertes und wie dieser sich je nach Bildinhalt leicht verschiebt. Die Unterkante der Kurve wird durch die Pixelwerte bestimmt.
An der Kodak-Sensorplatine waren etwa 10 Bauelemente im Wert zu ändern um an diesen Punkt zu kommen. U.a. wurde den Koppelkondensator von 100n auf 2.2uF erhöht und zwei Potis nachgerüstet um Verstärkung und Offset einstellen zu können da das Bildsignal einen Gleichanteil hat.
Interessante Beobachtung dabei, der Sensor den ich gerade verwendet habe liefert innerhalb der herstellerseitig abgedeckten Pixel am Zeilenanfang für zwei Pixel ein lichtabhängiges Signal.
(2 kleine Nadeln sichtbar)
Bei hinreichend stabilem Offset kann man den Dunkelwert eigentlich am Zeilenanfang aus diesen Pixeln bestimmen.
Jetzt wo dieser Bereich bekannt ist kann ich den ADC-Eingang passend tunen.
Hi Thomas !
Na da bin ich auch mal drauf gepannt, wie es beim HTT so klappt.
Ist Deine G11 nun mechanisch wieder fit?
Ansonsten bis zum HTT.
CS & CU
M.f.G.
Thomas
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