Arduino Due望遠鏡制御キット「rDUINOScope」 - GPS、RTC、Bluetooth、ジョイスティック搭載のスタンドアロンGOTOシステム

必要な部品と用品

部品	数量	備考
Arduino Due	1	32bit ARM Cortex-M3
3.2" TFT 400x240 SDタッチシールド（Due用）	1	Elechouse製使用
RTC DS3231	1	高精度リアルタイムクロック
GPS u-blox NEO-6M	1	位置・時刻取得
PS2ジョイスティック	1	手動操作用
DHT22 温湿度センサー	1	環境モニタリング
HC-05 Bluetoothモジュール	1	Stellarium等と無線接続
DRV8825 ステッピングモータードライバー	2	RA/DEC軸用
NEMA 17 ステッピングモーター (SY42STH47-1684B)	2	44 N·m トルク
自作PCB（シールド基板）	1
タイミングベルト・プーリー（40T/10T 各2組）	2セット	減速比 1:4
抵抗 1kΩ	10
コンデンサ 100µF	1
配線材、スイッチ×3、コネクター類	1式	RA/DEC、12V、USB用

プロジェクト概要

rDUINOScopeとは

世界初のスタンドアロンArduinoベース望遠鏡GOTO制御システムです。Raspberry Piベース（消費電力大）やPC/スマホ連携型（外部デバイス必須）とは異なり、単体で動作し、インターネット接続も不要です。

市販のGOTOシステム（SkyWatcher, Orion, Vixen等）の安価・自作可能な代替を目指し、Arduino Dueと安価なセンサーで構築。ソフトウェアは継続的に機能追加されています。

主な機能

• メシエカタログと「隠れた宝物」カタログの250天体、200恒星のデータベース内蔵
• 現在地・時刻から天体の方位角・高度角を計算、自動導入・追尾
• アライメント手順実装で「常に接眼レンズに天体が入る」体験を実現
• BluetoothでMEADE LX200プロトコル互換通信、Stellarium等から制御可能
• 各種ステッピングモーター対応、DIY赤道儀・市販架台（SkyWatcher, Meade, Orion, Vixen等）に搭載可能

ソフトウェアアーキテクチャ

Arduinoコード構造

• setup(): システム初期化、ハードウェア設定
• loop(): タッチ入力・時刻更新・モーター制御等を関数呼び出しで分離、画面ちらつき防止
• 主要関数: calculateLST_HA()（恒星時・時角計算）、Sidereal_rate()（恒星時追尾）、cosiderSlewTo()（ゴートー制御）

天体位置計算

以下の資料を参考に実装：

• 恒星時・時角計算式
• 恒星時計算検証
• Stellariumで実天体位置と照合

Arduinoの浮動小数点精度対策が最大の課題でした。

モーター制御パラメータ（ユーザー設定必須）

// マウント・ギア・ドライブ設定
// 時角をマイクロステップ数に変換するために使用
// 自分のセットアップに合わせて更新必須

int WORM = 144;        // ウォームギア歯数（Vixen SPは144）
int REDUCTOR = 4;      // 減速比 1:4
int DRIVE_STP = 200;   // モーター1回転ステップ数
int MICROSteps = 16;   // マイクロステップ分割数（1/16）

同じ数式をExcel（ダウンロード）でも実装し、検証用に提供しています。

構築手順

Step 1: 準備とコード理解

GitHubまたはプロジェクトサイト（rduinoscope.co.nf）から全ファイルをダウンロード。メインファイル _02_Boiana_EQ.ino と4つのサポートファイル（グラフィック、タッチ入力、Bluetooth、定期更新）で構成されます。

Step 2: 部品調達

総額約190米ドル。多くは中国通販で入手可能。GPS、Bluetooth、ジョイスティックは入手性重視で国内調達推奨。必要ソフトウェア：Arduino IDE、Dueボード定義、ライブラリパック（プロジェクト同梱）。

Step 3: シールド基板組み立て

プロトタイピングPCBにDRV8825×2、RTC、Bluetooth、ピエゾスピーカー、12Vコネクター、各センサー用ピンヘッダーを実装。TFTシールドはピン22-53+SPIを使用。

重要: 配線ミスでショートさせないよう、全ハンダ付け後にテスターで導通確認必須。DRV8825配線はデータシート準拠で、モーター接続後に電源投入（逆順だとドライバー破損の恐れ）。

Step 4: ケース組み込み

プラスチックケースにドリル・ニッパーで穴あけ。TFT画面用長穴は工作機械推奨。ホットグルーで基板固定。TFT接続でピンミラー問題発生時は、フレキシブルケーブルと変換基板で対処。

Step 5: 赤道儀への搭載

メーカーごとに構造が異なるため汎用手順はなし。Vixen Super Polarisへの搭載例を写真で解説。プーリー・ベルト位置決め後、コード内の減速比設定（REDUCTOR=4）を反映しテスト。

ファイル構成

• _READ_ME.txt: v2.1 Boiana EQ リリースノート・FAQ
• _02_Boiana_EQ.ino: メインスケッチ
• graphic_screens.ino: 画面描画
• touch_inputs.ino: タッチ入力処理
• BT.ino: Bluetooth通信（MEADE LX200プロトコル）
• regular_updates.ino: 時刻・位置更新

リソース

• GitHub: dEskoG/rDUINOScope
• プロジェクトサイト: rduinoscope.co.nf（ビルドガイド、ユーザーガイド、ダウンロード）

回路図

• ステッピングモーター・DRV8825・Arduino Due 接続図
• 全センサー・モジュール接続図