一 前言

　　縱觀當前國內(nèi)的望遠鏡市場，大大小小的望遠鏡都配上了電腦，實現(xiàn)PC機控制，這樣無形之中就增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，使一些原本不必要配電腦的中小型望遠鏡也必須得配一臺電腦，脫離了電腦，就只能進行一些簡單的手動操作，令人苦不堪言，本人主要就這一方面作了一些粗陋的研究，用單片機的匯編語言編制了望遠鏡自動找星的程序，實現(xiàn)了把手盒自動找星的功能。

　　二 系統(tǒng)硬件概述

　　本控制系統(tǒng)的核心部分是采用雙串口的CPU（W77E58芯片），可以同時和上位機及把手盒通信，也可以單獨和他們通信，一片XC95108-84負責計數(shù)分頻等工作，一片MC146818時鐘芯片，用來產(chǎn)生恒星時，附加一些外圍接口電路，具體詳情見（圖一），因為本文著重介紹的是算法部分，因此硬件部分不再細述。

                                     　　　　　　　　　　下位機系統(tǒng)方框原理圖（圖一）

　　三 軟件部分

　　具體地講，軟件總的可以分為四大部分：PC機（工控機）部分，把手盒部分，下位機部分以及功放模塊部分。其中PC機和把手盒分別與下位機的主電腦CPU（W77E58）通信，由串行電纜連接，實現(xiàn)通信，功放模塊（驅(qū)動部分）與下位機連體，由數(shù)據(jù)線直接連接，下面我們主要介紹下位機軟件的設(shè)計流程及算法思路：

　　1、設(shè)計思路

　　我們應(yīng)該明確該設(shè)計的目的，即實現(xiàn)望遠鏡自動找星的功能，具體地說，首先得給望遠鏡進行位置的準確標定，即選中天空中的某一顆已知星，由把手盒手動操作，把它找進望遠鏡視場的正中央，放在主鏡的十字線的中心，此時把這顆星的坐標位置由把手盒輸入進去，定標替換望遠鏡原來的位置，然后以這顆星為基本點，根據(jù)時角和赤緯去找尋天空中的任意一顆未知的星，由于系統(tǒng)在程序中做進了掉電保護模塊，因此，對望遠鏡而言，調(diào)試完畢之后只需要標定一次，以后每次關(guān)機之前系統(tǒng)都會自動保存望遠鏡當前的實時位置，給用戶帶來了極大的方便，自動找星時，我們給望遠鏡輸入天空星體的天文坐標（α，δ）之后，望遠鏡根據(jù)當前自身指向的天區(qū)位置以及待尋目標星所處的天區(qū)位置選擇一條合適的路徑，驅(qū)動赤經(jīng)、赤緯電機轉(zhuǎn)動使其指向目標星，讓目標星體落入望遠鏡視場，找星結(jié)束后自動轉(zhuǎn)入跟蹤，望遠鏡的指向與天體的坐標是通過恒星時聯(lián)系起來的，因此我們需要知道恒星時，每次觀測之前要先校正一下恒星時，恒星時由程序配合手動校正，并顯示于面板上。由公式 t+α=s①

　　其中t是星體的時角位置，α 是星體的赤經(jīng)值，s 是當?shù)氐牡胤胶阈菚r

　　顯然我們可以把望遠鏡的時角和星體的時角對應(yīng)起來，在跟蹤狀態(tài)時，為了克服地球自轉(zhuǎn)的影響，時角在以每時秒15個角秒的速度沿著反地球自轉(zhuǎn)方向勻速運動，因此在赤經(jīng)方面主要是實時地采集當?shù)氐牡胤胶阈菚r，不停的刷新顯示，計算目標星的時角，最終讓望遠鏡的動態(tài)時角值等于目標星的時角，這樣赤經(jīng)找星完畢;在赤緯方面，因為恒星的赤緯是不變的，所以我們只需要將望遠鏡的動態(tài)赤緯顯示值不斷的靠近目標星的赤緯值，不過對赤道式望遠鏡而言，得需要考慮望遠鏡的所處天區(qū)的位置以及目標星的位置，選擇合適的找星路徑，確保望遠鏡的鏡筒的姿勢正確，至于限位部分，可以根據(jù)客戶要求自行設(shè)定。

　　2 、下位機軟件流程圖

3、子程序部分

　?。?）鍵盤輸入及顯示部分

　　在該系統(tǒng)中，我們選用了8279芯片，在程序中查詢鍵值，送入固定單元，如果無鍵按下，則送#0FFH入固定單元，然后查詢此單元，如果為#0FFH，則返回，否則根據(jù)單元的鍵值內(nèi)容轉(zhuǎn)入相應(yīng)的功能子程序;而顯示部分主要把待顯示的數(shù)據(jù)經(jīng)過拆分成7位（本系統(tǒng)采用7位數(shù)碼管顯示），分別送給顯示緩沖區(qū)，由查表的方式從表中取出7個相應(yīng)的字型，送到8279數(shù)據(jù)口實現(xiàn)動態(tài)顯示，8279的鍵盤掃描及顯示方式是通過初始化編程來實現(xiàn)的，8279初始化部分程序如下：

（2）MC146818時鐘部分

　　MC146818芯片是摩托羅拉公司生產(chǎn)的一種可編程的時鐘芯片，該系統(tǒng)中用它來讀寫恒星時，其中一些主要的操作就是芯片的初始化，讀時間操作，寫時間操作幾大部分，在使用該芯片進行執(zhí)行讀/寫時間操作時，必須得注意，要首先查詢它的狀態(tài)看它是否正在刷新數(shù)據(jù)，如果是，必須等刷新數(shù)據(jù)動作完成之后再對芯片進行讀/寫操作，否則容易出錯，MC146818的初始化部分程序如下：

　　讀時間子程序：

　寫時間的子程序同上類似，不再多述。

　　（3）串行通信子程序

　　W77E58實現(xiàn)雙串口通信，初始化完畢后進入主流程，逐個查詢串口是否有通信數(shù)據(jù)請求，如果有則進入通信子程序執(zhí)行并返回，否則程序直接往下執(zhí)行，把下位機的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給把手盒和工控機，等待接收控制命令。具體的初始化程序如下：

?。?）標定子程序流圖

（5）自動找星子程序

　　首先根據(jù)輸入的目標星的赤經(jīng)值，取出當?shù)氐牡胤胶阈菚rS，通過計算，換算成目標星的時角值to，然后讀取望遠鏡此時的實時位置值tt，根據(jù)他們赤經(jīng)時角所處的天區(qū)差異來選擇不同的找星路徑，具體情況可以分為以下幾種：


　　1）如果望遠鏡與目標星的時角處于同一天區(qū)（以望遠鏡的中柱為軸線，分為東西兩大天區(qū)，人為設(shè)定），則先驅(qū)動赤緯軸，再驅(qū)動赤經(jīng)軸，直到找到目標星，進入跟蹤。

　　2）如果望遠鏡與目標星的時角處于不同天區(qū)，即跨天區(qū)找星，則先驅(qū)動赤緯軸，讓赤緯指向北極，再驅(qū)動赤經(jīng)軸，然后再驅(qū)動赤緯軸，直到找到目標星，進入跟蹤。

　　另外，由于我們的位置反饋信息是來自增量式圓光柵編碼器，而赤緯的度數(shù)始終在（-90，90）區(qū)間，因此還需要進行一下特殊處理。

　　剩下的就是典型的追擊問題，以赤經(jīng)為例，具體流程圖如下：
 

四 結(jié)束語

　　經(jīng)過一個多月的實際使用觀測，望遠鏡系統(tǒng)運行良好，平穩(wěn)無噪音，找星定位準確，精度高，能適用于各種大中小型的望遠鏡。