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UNIVERSIDADE DE RIBEIRÃO PRETO CCENT - CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS NATURAIS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA CURSO DE BACHARELADO EM ANÁLISE DE SISTEMAS SISTEMA EM TEMPO REAL PARA POSICIONAMENTO DE UM TELESCÓPIO REFLETOR MARCIO ROBERTO GONÇALVES DE VAZZI Trabalho apresentado ao Centro de Ciências
Exatas Naturais e
Tecnológicas como parte dos quesitos para
obtenção de título
de Bacharel em Análise de Sistemas. Ribeirão Preto, 19 de agosto de 1998 Osvaldo Kotaro Takai - Chefe do Depto. de
Informática AGRADECIMENTOS À minha mãe e minha avó
Materna que sempre me apoiaram em
tudo o que fiz. Aos professores e amigos que estiveram sempre presentes
no
decorrer de todo o meu trabalho.
In memorian A um grande amigo e companheiro que estaria, neste ano em curso, conquistando seu título de Bacharel em Análise de Sistemas Alex Fabiano Faria Rufino
Desde a invenção do computador, o
homem vem buscando
aplicá-lo nas mais diversas áreas para a
obtenção de
eficiência com o máximo de eficácia. Esta ousada idéia vem sendo amadurecida desde janeiro de 1996, quando tomei ciência de que em dois anos deveria apresentar um trabalho como parte dos quesitos para a obtenção de Bacharelado em Análise de Sistemas. O trabalho em pauta está dividido em dois capítulos, o primeiro aventa a construção de um Telescópio Refletor, suas dimensões, materiais utilizados e algumas peculiaridades pertinentes a este equipamento. O segundo capítulo aborda a elaboração de um Sistema composto de Software e Hardware que irá efetuar o posicionamento (controle de direção) deste Telescópio. A função do Software não é somente calcular as coordenadas espaciais para qual o Telescópio deve apontar mas também o de efetuar em tempo real os cálculos de acompanhamento de objetos observados no espaço (compensação do movimento de rotação da Terra). Para uma melhor compreensão das dimensões deste projeto, o mesmo está ilustrado com fotos reais dos equipamentos já confeccionados. Toda a informação foi alçada em pesquisas científicas com arrimo em metodologias próprias de acordo com as necessidades de obtenção de informação em cada área, haja vista, para uma considerável análise dos problemas que seriam enfrentados na elaboração do Sistema, foi necessário adquirir conhecimentos básicos em Astronomia, Física (ótica), Mecânica de Precisão, Engenharia Eletrônica, Usinagem e Materiais. PREFACIO ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA
1 - ESQUEMA DE MONTAGEM DOS
ESPELHOS Desde a antigüidade o Homem observa o
céu, apesar de
utilizarem aparelhos antiquados para a nossa época eles
faziam
grandes descobertas. Pela dificuldade e custo de se obter equipamentos (a
maioria
importados), deixamos de descobrir verdadeiros cientistas em
nosso país. Alguns até, se tivessem acesso
à essas tecnologias
estrangeiras, dariam grandes contribuições ao
nosso país. Em 1668 Newton construiu um telescópio refletor, usado atualmente em todos os observatórios profissionais, com um espelho curvo ao invés de uma lente, usada nos telescópios refratores de Galileo e Kepler. Newton concluiu, erroneamente, que telescópios usando lentes refratoras sofreriam sempre de aberração cromática. Ele então propôs e construiu um telescópio refletor, com 15 cm de comprimento. Newton colocou um espelho plano no tubo, a 45°, refletindo a imagem para uma ocular colocada no lado (veja fig. 1). O telescópio de Newton gerava imagens nove vezes maior do que um refrator quatro vezes mais longo. Os espelhos esféricos construídos naquela época produziam imagens imperfeitas, com aberração esférica, mas atualmente, já é possível a confecção de espelhos nacionais com uma considerável precisão, e a utilização de telescópios refletores ao invés de refratores no meio astronômico é aconselhada. Sumário
O telescópio refletor possui um espelho
côncavo, que
direciona para um mesmo ponto, todos os raios paralelos de luz
que incidem perpendicularmente ao mesmo. Além do espelho côncavo, que chamamos de espelho principal, também há um outro espelho, o secundário. Este espelho é totalmente plano, e de proporções menores do que o primário. Ele se destina a desviar o ponto de convergência da imagem para um ponto fora do feixe de raios de luz, como ilustra a figura abaixo. Figura 1 - Esquema de montagem dos
espelhos
Sumário
As dimensões do Telescópio devem ser calculadas observado-se as necessidades de cada pesquisa. Portanto não é aconselhado a confecção de um Telescópio com dimensões muito grandes se este se destinará para pesquisas de observação em campo, ou construir um telescópio de potência reduzida sabendo-se que este permanecerá fixo (em um domo por exemplo). O Telescópio aqui descrito teve as
dimensões calculadas para
atender os requisitos de software que seria elaborado após a
sua
conclusão. O Espelho Principal possui 280 mm de diâmetro por 20 mm de espessura com distância focal f/6, ou seja, o grau de curvatura do espelho dividido pelo seu diâmetro nos fornecerá a distância focal (F/D=Distância Focal). Este espelho foi feito cortando-se uma chapa maciça de vidro e &ldquoesmerilhando&rdquo o centro até que este atingisse a curvatura correta para convergir os raios de luz a um ponto que dista 1, 65 m (um metro e sessenta e cinco centímetros). A curvatura é medida utilizando-se um aparelho chamado esferômetro, que permite que se obtenha a exata medida do ângulo de curvatura do espelho, determinando assim a distância focal e o comprimento do tubo. Figura 2 - Medidas do Espelho Principal O Espelho Principal necessita de um suporte para
facilitar a
fixação ao Tubo. Este suporte deve ser de metal
fundido (ferro,
alumínio, etc.) para evitar ao máximo as
dilatações causadas
pelas mudanças de temperatura. Este espelho também é cortado de uma peça maciça de vidro, embora um pouco menos espessa 12 mm (doze milímetros). O Espelho Secundário dista 1, 45 m (um metro e quarenta e cinco centímetros) do Espelho Principal e por estar posicionado com um ângulo de 45º (quarenta e cinco graus) do plano do Espelho Principal, este espelho (secundário) deve possuir o formato de uma ovóide, para que reflita todos os raios convergidos do Espelho Principal. Figura 3 - Medidas do Espelho Secundário 1.3.3 - Lentes Objetivas (Oculares) As Lentes objetivas devem ser acromáticas, ou
seja, devem
evitar que ocorra o fenômeno de
aberração cromática na imagem
a qual ela amplia. O TUBO utilizado é um tubo cilíndrico de PVC rígido de 11,5&rdquo (onze polegadas e meia) de diâmetro e 1,65 m (um metro e sessenta e cinco centímetros) de comprimento. O comprimento do tubo deve ser estipulado observando-se
a
distância focal do Espelho Principal, obedecendo-se a
equação
do item 1.3.1. O suporte das oculares deve permitir que as mesmas
possam ser
removidas e substituídas com facilidade, sem que seja
necessário realizar movimentos abruptos com o tubo, evitando
assim que o objeto observado saia do campo de visão do
Telescópio. É um dispositivo fundamental em equipamento
deste porte
devido à precisão a nível de
localização que Telescópios
ópticos atingem. Como a área a ser observada
(campo de visão)
em um Telescópio é pequena se comparada a
área de todo
firmamento e este tipo de equipamento nos dá uma
precisão
bastante significativa, o uso de uma Luneta acoplada ao
Telescópio é bastante útil quando se
quer localizar algum
objeto pequeno. Para facilitar o manuseio do
Telescópio, haja
vista, o tubo mede aproximadamente 1,65 metros e pesa (montado)
cerca de 25 (vinte e cinco) quilos, é necessário
um suporte
para o tubo. Para tanto, é necessário a
confecção de cintas
de fixação, que consistem em duas cintas de metal
presas ao
ponto de equilíbrio do tubo, ou seja, as cintas devem estar
em
uma posição de tal maneira que apoiado apenas
sobre as cintas,
este se mantenha totalmente em equilíbrio. Figura 4 - Cintas de
fixação do Tubo 1.3.8 - Movimentação do Telescópio (Coordenadas) Existem duas maneiras de se movimentar um
telescópio através
de coordenadas, uma delas é utilizando-se de coordenadas
equatoriais, a outra consiste em coordenadas azimutais. Embora esta montagem facilite o acompanhamento pois
vale-se em
um de seus eixos da inclinação do eixo de
rotação da terra,
permitindo assim que com um único movimento (apenas um eixo)
seja dada a compensação de
rotação da terra, que é da ordem
de 0,0006961 RPM, esta montagem exige que se obtenha o grau exato
de inclinação para o eixo, no local de
observação. A montagem de um suporte de direcionamento azimutal,
permite
que se trabalhe melhor em todos os ângulos de
observação,
evitando o &ldquotombo&rdquo que acontece com a
montagem
Equatorial, onde dependendo da posição em que se
encontra o
astro a ser observado, a ocular onde se vê o objeto fica em
uma
posição que causa desconforto ao observador. O tripé deve ser
elaborado de tal forma que dê
boa sustentação à montagem de
movimentação, não obstruindo
a mesma. Deve ser bastante inerte e permitir o ajuste e
nivelamento em qualquer tipo e terreno. Figura 5 - Tripé Sumário
As informações descritas
até aqui, dizem respeito apenas à
confecção de um telescópio refletor.
Todos os dados foram
obtidos visando-se a construção de um equipamento
que
possibilitasse a implementação de um Software de
controle e
movimentação do referido Telescópio.
Sendo assim, as
dimensões e características do
Telescópio em questão foram
voltadas para atender à esta
implementação, visando a
facilidade de transporte e montagem do mesmo para a
realização
de demonstrações práticas do
funcionamento do referido
Sistema. No mundo em que vivemos hoje, é fundamental o
conhecimento e
o uso de novas tecnologias. Sumário
Ao ligar o Sistema, ele permanecerá em um
estado inicial até
que o usuário entre com algumas
informações para
&ldquocalibrar&rdquo o Telescópio, ou seja,
deve-se
fornecer ao Sistema dados como Altitude, Latitude, Longitude,
hora local (para o caso de diferentes fusos horários) e
limitantes horizontais a fim de garantir que as
informações
processadas tenham confiabilidade, pois o transporte do
equipamento de um local para outro implica em mudança em
coordenadas geográficas e limitadores de horizonte (tais
como
casas, árvores, etc.) que podem ocasionar erros nos
cálculos de
posicionamento. A interface PC - Telescópio, será um circuito eletrônico que funcionará como relês para o acionamento do mecanismo tracionador do Telescópio (motores 12 volts). Para a comunicação com esta interface, será utilizada a Porta de Comunicação Paralela LPT1, por estar disponíveis em qualquer modelo da linha PC bem como em Lap Top&rsquos, excluindo a necessidade de instalar uma placa interna no PC. Sumário
Os circuitos impressos
serão necessários para a
confecção de relês para o acionamento
dos motores de controle,
bem como para a leitura das informações provindas
do
posicionamento do Telescópio. Figura 6 - Modelo de Circuito Eletrônico Na
saída para os motores,
que serão dois, um para a inclinação e
outro para o Azimute,
há duas saídas, possibilitando assim o
acionamento reverso dos
motores. O codificador de eixo consiste em um
dispositivo
que permite a codificação da
posição exata em que o eixo
está em um determinado tempo. Com isso, é
possível através de
Software, controlar a movimentação do eixo para
frente ou para
trás, conforme a necessidade e sempre tendo
informação da
posição em que se está trabalhando. Figura 7 - Codificador de Eixo O eixo é acoplado a um
disco que possui raias
mais escuras, onde estas ao passar por um sensor o acionam. Figura 8 - Caixa de Redução As engrenagens A, B e C são
idênticas, facilitando portanto
a produção. A Engrenagem D é igual
à engrenagem central de A,
B e C. Os motores a serem utilizados devem
ser de
corrente contínua para permitir a reversão de
polaridade e
consequentemente a rotação para ambas as
direções. Figura 9 - Montagem do Motor O cabo utilizado para a transmissão e
recepção de dados
PC-Telescópio será um cabo paralelo comum, ligado
à saída de
impressora de máquinas do tipo PC (LPT1) e à um
dispositivo
acoplado ao telescópio (Placa de circuito impresso que
constitui
a interface física PC-Motores). As portas utilizadas para a entrada e saída de dados do computador serão: 037A para a leitura de dados (posição) vindas do sensor que estará acoplado ao Telescópio, através dos pinos 1, 14, 16 e 17 da DB25 (Porta LPT1), conforme ilustrado: Figura 10 - Leitura de Dados na Porta Paralela 0379 para a saída de dados que controlarão o acionamento dos motores para a movimentação do Telescópio através dos pinos 2 à 9 da DB25 (Porta LPT1), conforme ilustrado: Figura 11 - Saída de Dados de Controle na Porta Paralela Sumário
A plataforma escolhida para a
confecção deste software não
poderia deixar de ser o Windows. Por se tratar de um software que
irá ser utilizado tanto por pessoas experientes como
também por
leigos no que tange à astronomia, esta plataforma oferece
recursos visuais satisfatórios para com o
usuário, além de ser
conhecida pela maioria destes.
2.4.3
- diagrama de fluxo de dados Obs: Os fluxos de dados representados por dupla seta de direção são uma notação básica de análise estruturada de Ward e Mellor que distinguem o fluxo de dados discreto e em Tempo Contínuo. 2.4.3.1 - Diagrama de Fluxo de Dados - expansão processo 3 Não foi
possível transferir esta imagem.
A instalação do software
não necessitará de técnico
especializado, sendo efetuada pelo próprio
usuário. A
&ldquonavegação&rdquo
através do sistema será
simples, depois de verificada todas as
configurações
necessárias tais como posição em
latitude e longitude,
altitude, data e hora local, o software permanecerá em um
estado
de constante atualização da
posição do objeto observado, até
que o usuário entre com novas coordenadas ou o nome de um
novo
objeto. A manutenção dos dispositivos de
Hardware, é muito simples
pois trata-se apenas de um circuito eletrônico composto
basicamente por relês e que desde que alimentados com a
corrente
elétrica adequada, assim como os motores, não
apresentarão
qualquer problema.
Sumário
O Projeto em questão, depois de implementado,
possibilitará
a muitas pessoas que tem interesse na área de Astronomia a
terem
um equipamento de qualidade e com a mais alta tecnologia para o
nosso país. Este trabalho pode ser complementado adaptando-se o
Software
para realizar uma busca por um determinado objeto que se queira
observar através da Internet.
3.1 - ILUSTRAÇÕES DO TELESCÓPIO Figura 12 - Detalhe da confecção da curvatura em um vidro PIREX de 320 mm
Figura 13 - Oculares e Espelho Principal Figura 14 - Vista lateral do Espelho Principal Figura 15 - Tubo visto de frente, no centro a &ldquoaranha&rdquo Figura 16 - Visão lateral do Telescópio montado Figura 17 - Tubo visto pelo fundo (sem o Espelho Principal) Detalhe da extremidade superior do tubo onde se localiza a luneta buscadora (direita) e o suporte móvel das oculares (esquerda) Figura 18 - Detalhe da extremidade superior do Tubo Figura 19 - Foto da Lua tirada com o Telescópio
Cervo, Amado Luiz Presman, Roger S. Turner L. W. Moss, Julian Boczko, R Sumário
Centro de Divulgação da Astronomia
Biblioteca do Depto de Física Biblioteca da Universidade de Ribeirão Preto
- UNAERP Sumário
http://www.cdcc.sc.usp.br/cda/observat.htm http://www.if.ufrgs.br/~kepler/fis207/~ http://www.telescope.org/- http://www.geocities.com/CapeCanaveral/2939/ (Astronomia no Brasil) http://pub2.lncc.br/mast/ (Museu da Astronomia) http://iate.fortalnet.com.br/sbaa/ (Sociedade brasileira dos amigos da Astronomia) http://www.rsdobrasil.com.br (componentes eletrônicos) http://astro1.iagusp.usp.br IAG (Instituto Astronômico e Geofísico da USP) http://www.iagusp.usp.br/~tania/oam.htm
(Observatório
Abrahão de Moraes - Observatório
Astronômico pertencente ao
Instituto Astronômico e Geofísico da USP.
Localizado em
Valinhos, SP) Sumário
Leonel Vianelo Jorge Hönel (Físico) Depto de Engenharia Elétrica - EESC - USP/SC Sumário
Revista Oficina SENAI/SENAC - Monte Alto RS 1994 - Eletronic Products Catalogue Optoeletronics Designer&rsquos Catalog |
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