基于树莓派的免费天文控制系统Astroberry的设置与使用

静静的等258

我想对于拍摄过或想拍摄天体的天文爱好者来说，都会考虑拍摄与控制终端。也就是说我们怎么控制相机记录、控制赤道仪导星与目标寻找、控制滤镜轮切换滤镜、控制相机制冷工作；以至于远程控制调焦、控制望远镜盖掀起、控制天文台屋顶开启关闭、控制相场旋转等，前几年对于大多数爱好者，一台笔记本电脑基本就是控制的中心，但笔记本比较体积大，供电续航短，爱好者需要忍受夏季的蚊虫和冬季的严寒蹲守在望远镜旁操作。
近年来便携式天文拍摄终端成为越来越多爱好者的选择，最具代表性的当属两大天文电子器材巨头：振旺ZWO的ASIAIR系列和QHYCCD的StarMaster。两家设备以其稳定的性能、低廉的价格、小巧的体积及易用的操作方式获得全世界广大天文爱好者的喜欢。
那么作为另外一种选择，严格的说Astroberry不是一款天文控制终端，它只是一个操作系统，因为它是基于树莓派硬件打造的，所以从稳定性、易用性、功能性上来将都不如ASIAIR和StarMaster。那么什么人适合玩这套系统呢？首先你是一个把折腾当乐趣的人，因为Astroberry是全英文操作，所以它对操作者的英语水平是有要求的。而且它不像ASIAIR和StarMaster处于出厂就调式好的状态，这个系统需要你自己去根据自己的器材与环境做调试，那么就需要使用者会一些Linux系统的操作。其次你手里刚好有一个闲置的树莓派（如果为安装这个东西去买个树莓派我还是劝你直接买ASIAIR或StarMaster吧，便宜不了几个钱的，性能功能还差不少），起码要3B以上。第三你手里的天文相机是QHY和ZWO混用的，由于QHY与ZWO只针对自己的产品做了设计，所以两家的天文盒子和相机也是互不兼容的，但是Astroberry是集百家驱动与一身，它基本什么硬件都可以用（QHY PoleMaster我目前还没成功驱动，APP安装上了，但是Astroberry把Linux底层做修改了，所以按QHY的说明装不上，但这个问题不大，PoleMaster可以用手机操作）
<hr/>然后我讲一下它在功能上与ASIAIR和StarMaster相差的地方：
第一、树莓派不具备12V插排功能，另外两个都有这个功能；树莓派需要你为它单独准备一个5V3A的电源，而其它两个都是标准12V输入。
第二、树莓派不带eMMC，而另两家的盒子都是带eMMC的，所以它的存储速度受TF卡写入速度的限制，这个限制相当于掐死了行星拍摄这个场景，它导致拍摄行星的时候帧率明显受限，我正常使用ASI178 USB3.0口800x600的分辨率在M.2固态硬盘的笔记本上可以跑到80-110帧，在树莓派上640x480只能跑40帧（当然我用的3代树莓派，瓶颈也可能出在USB2.0接口上，但SD卡写入速度一定会成为瓶颈），但这个情况可能是有解决方案的，例如说4代树莓派其中一个USB3.0接一个固态硬盘盒，系统做在固态硬盘里，可能可以绕开传输速率这个问题，另外存储放在远程NAS上，也可以提高传输速率。我没做过这些，不知道是否可行。
第三、操作界面复杂，与其它两家不一样的是，Astroberry它本质还是一个电脑，需要调用不同的软件进行控制与拍摄工作，而其他两家是所有功能集成在一起的。
当然它也不是没有优点，它的优点是——如果你有了一个闲置的树莓派，它是免费的。另外如果你只是深空拍摄，它的功能足够了。
<hr/>如果看到这还没有成功的劝退你，那么你可以继续看这套系统的安装与使用了，截至发文时我没有在国内哪个平台上看到关于Astroberry的使用教程（这也侧面反映了那两家天文盒子的成功），这篇教程是我看着英文说明并实际操作得出的。
首先，需要在Astroberry官方网站上下载他们最新的镜像文件。
拉到下面找到Download and Install，点击那个红色的Download，下载后解压出img镜像文件。


下载下来的镜像文件不是直接复制粘贴到TF卡中的，而是需要“烧录”到TF卡中，官方给了一个建议烧录软件，免费的。
<hr/>1、安装：
准备一张32G以上的TF卡，将TF卡（或读卡器）插到电脑上，使用烧录工具（如BalenaEtcher），将astroberry-server_2.0.4.img烧录至TF卡上。



Select target选择TF卡那个盘符

将烧录好的TF卡查到树莓派的插槽中，给树莓派上电，等待一下。不需要外接屏幕和键盘这些外设，系统启动后会自动开启VNC，届时就可以通过远程控制对树莓派进行操作。
<hr/>2、首次连接及设置：
启动后查找WiFi SSID：Astroberry，连接输入Wi-Fi密码astroberry。连接后打开浏览器在搜索栏输入https://astroberry.local/desktop/，点击“连接”输入系统密码“astroberry”（不含引号）进入系统。


3、更新网络连接：
在树莓派系统左上角左键点击网络图标，选择Create New Wi-Fi Network。


在Network name处输入你当前Wi-Fi的SSID，Wi-Fi security选择默认的WEP 128-bit Passphrase，Key处输入你当前Wi-Fi的密码。点击Create。


右击左上角网络图标，选择Edit Connections，点击Wireless connection，点击下面的齿轮图标，将SSID处（默认显示为CHANGE，我当时在想为什么是“嫦娥”）改为当前Wi-Fi的SSID，Mode选Client，Band选Automatic，Channel选default，BSSID为空，Device选wlan0，Cloned MAC address选Stable，MTU选automatic。Wi-Fi Security选项卡中输入密码。此后可以通过同一个Wi-Fi下无线连接控制。


以上两个都要做，不然就连不上Wi-Fi，我也不知道为什么，如果第一个不做，只有第二个改了连不上，如果第一个做了第二个没改也连不上，两个都做了第一个显示未连接，但第二个可以连接上了。
有了网络连接后就不用连接它那个SSID为Astroberry的热点了（因为连接热点控制Astroberry的电脑就上不了网，除非用有线上网，无线连接Astroberry热点），例如我就是把赤道仪放到院子里，然后坐在屋里就可以使用电脑边看剧变控制望远镜拍摄了。
<hr/>4、配置虚拟GPS：
因为树莓派是没有自带GPS模块的，所以多数情况下都需要手动把你拍摄地的GPS录入到系统中，坐标与海拔使用手机自带的指南针就可以查到。剩下的就是写到位置文件location.conf中。
进入命令行输入：
cd #进入根目录
cd /etc #进入etc文件夹
sudo nano location.conf


修改latitude处填入当前纬度坐标，longitude处填入经度，正值表示北纬/东经，负值表示南纬/西经，经纬度要使用xx.xxxx（度）的格式填入，不可填入xx度xx分xx秒，elevation处填入当前海拔。Alt+0保存。


<hr/>系统最常应用的三个软件都在快速启动栏上，Kstars（望远镜图标）、FireCapture（FC火球图标）、PHD2（绿色寻星镜图标），Kstars是拍摄用主程序、FireCapture是天阳系天体拍摄用（受树莓派性能影响不用它）、PHD2是导星软件。我们主要会用到Kstars和其内置的Ekos。
5、配置KStars：
首先设置地点，点击小地球图标或Setting选择Geographic，进入Set Geographic Location，在Country filter中填入China选择离自己最近的地方，然后点击OK。也可以在下方自己新增地点，先点击Clear Fields，在Latitude处填入纬度，正值为北纬/负值为南纬，度分秒用空格隔开，在Longitude处填入经度，正值为东经/负值为西经，度分秒用空格隔开，在Elevation处填入海拔，单位为米；UT offset选择时区，东区为正西区为负；在City处填入城市名，Province处填入省/州名，Country处填入国家名。点击+即可在系统中生成新地址。点击OK确认


Ekos是使用INDI标准的硬件控制系统，它可以对赤道仪、主相机、导星相机、电调器（包含调焦、加热、场旋器控制）、滤镜轮、天文圆顶和小型气象台的控制与数据采集。
配置Ekos，启动软件后点击Ekos图标（小天文台），编辑Profile Editor，我以我手里的器材为例：我的赤道仪是信达的AZ-EQ5，主相机是一个改装过的佳能60D，导星相机是振旺的ASI178MM，其它器材没有。
Name处起一个名，Mode处选Local，Guideing可以选Ekos自带的也可以选PHD2，我选的PHD2，Mount选SkyWatcher——EQMod Mount（此处根据你自己的赤道仪选择型号），CCD选DSLRs——Canon DSLR（此处根据你自己的主相机选择型号），Guider选ZWO——ZWO CCD（此处根据你自己的导星相机选择型号）。


赤道仪端的设置：将USB线一端插在赤道仪另一端插在树莓派任意一个USB接口上，开机后在手控上正常输入时间与坐标后进入系统（可校准可不校准），赤经赤纬轴都处于0位（即望远镜朝向北天极），对于星特朗或信达的赤道仪：选择CHOOSE MENU——Utility Function——PC Direct Mode，选择后保持PC Direct Mode模式不要退出。




点击Start & Stop Ekos处的start按钮，弹出各硬件设备的详细设置与状态。


第一次连接要进行一些设置，例如赤道仪的通讯频率，根据自己赤道仪的通讯频率选择，我的AZ-EQ5是115200。


Ekos拍摄设置，如果使用天文相机，直接使用USB线连接相机与树莓派即可，（如果使用单反相机，相机端设置B门模式，选择RAW格式，关闭机内降噪，先开启相机，启动HDMI控制，再把数据线连接到相机上），选择相机选项卡，在Capture Settings中，Exposure为曝光时间，单位为秒；Filter选择对应的色彩滤镜，彩色相机选择Luminance；Count为计划中曝光张数；Delay是两次曝光的间隔时间，单位为秒；Format选项两个，FITS是标准天文图片格式、Native是相机自己的RAW格式；Type为当前文件的图像场Light、本底Bias【盖镜头盖最小快门拍摄】、暗场Dark【盖镜头盖与图像场曝光时间、环境一致拍摄】、平场Flat【对准白底自动曝光拍摄】设置好后点击Sequence Queue侧的“+”，将设置好的计划添加进计划栏中，然后再点击下方的Start Sequence按钮，相机将开始按计划拍摄。


<hr/>6、Kstar的使用：
在星图上点击任意目标，或点击功能栏上的Find Object放大镜按键，查询目标，选择后右键点击目标可弹出选项菜单：


选择Center & Track可以将目标居中并跟踪，左上角显示当前跟踪目标，选择赤道仪菜单下面的Goto，赤道仪将对准当前选择目标（前提为赤道仪已经对好极轴、做好Align）并开启跟踪，选择Abort赤道仪停止追踪。连接好相机后星图中会出现模拟视场，开启Goto后赤道仪的红色准星会自动移动到目标处。


<hr/>7、PHD2的设置
可以在“Guide——Advanced Settings”第一个Global选项卡，Global Settings的Language处更改界面语言，选择Chinese（Simplified）将更改为简体中文，点击OK后软件自动重启，界面变更为简体中文版。
对于外置导星，可在“Guide——Advanced Settings”第三个导星选项卡，导星设置中勾选Use multiple stars可以开启多星导星，提高系统精度。同轴导星不用开启。
在“暗场”选项中选择“暗场库”可以盖好导星镜盖拍摄导星CCD的暗场，避免系统将CCD的噪点误认为星点导致导星失误。
<hr/>以上就是基于树莓派的免费天文盒子Astroberry的搭建方式，有了这个东西，不管闷热的夏日夜晚还是寒冷的冬夜，你只需要提前设置好参数，用较短的时间给系统加上电，对好极轴，然后就可以回屋里边吹着空调刷着剧边操控外面的设备拍摄星空了。