di Federico Zarini

Una delle esperienze che si affrontano da astrofili itineranti scegliendo un posto nuovo, magari remoto e in aperta campagna, è arrivare a metà sessione fotografica o osservativa e non vedere più nulla, al massimo una nebbiolina sfocata che rende tutto opaco: è la rugiada. In realtà è semplice umidità che si liquefà su tutti gli oggetti presenti, prato, sedie, computer e ottiche, con un determinato rapporto di saturazione dell’aria e della temperatura ambientale.

Se si verificano le condizioni giuste tutto diventa bagnato e le nostre ottiche si appannano. L’importante è capire che asciugare le lenti o gli specchi non risolve il problema perché la rugiada ricompare in pochi secondi.
Per comprendere il fenomeno alcuni studiosi compilarono delle tabelle annotando i dati di temperatura e umidità relativa in cui gli oggetti si appannavano. Dal successivo studio ne emerse una relazione matematica chiamata punto di rugiada o Dew-Point in inglese. Con tale espressione è possibile prevedere la presenza delle condizioni perché si formi la “condensa”.
Scendendo nella pratica per evitare il fastidioso inconveniente sarebbe sufficiente mantenere la temperatura della strumentazione leggermente sopra al valore previsto, grazie all’uso della relazione di rugiada. Si tratta perciò di scaldare in qualche maniera i nostri telescopi, le ottiche e le astrocamere. Per assolvere a una simile funzione sono state inventate ad esempio delle fasce, di lunghezza variabile e alimentate con i classici 12 volt delle batterie, che si scaldano fino a 35°C. e che vanno avvolte sul tubo in maniera da riscaldare l’ottica quel tanto da superare la soglia di formazione della condensa, ma la soluzione non è ottimale. Se è vero infatti che da un lato la condensa non si formerà più, dall’altro si manifesteranno complicazioni come il consumo di energia e le stesse temperature eccessive delle ottiche. Se facciamo uscite lunghe, anche di 3 o 4 ore, il consumo extra finirà per esaurire presto la nostra batteria, preziosa alla vera attività astronomica, mentre se le ottiche restano per molte ore riscaldate, oltre a varie dilatazioni che possono compromettere la resa degli strumenti, anche l’aria che sta attorno si riscalderà causando turbolenze sempre fastidiose. È noto a tutti gli astrofili osservatori e astrofotografi che il tubo deve acclimatarsi quanto più possibile proprio per evitare che eventuali turbolenze generino fenomeni ottici apparenti, causarlo di proposito sarebbe assolutamente controproducente.
Oggi le fasce sono vendute con un piccolo accessorio che ne consente la regolazione della potenza tuttavia esse restano difficili da gestire in maniera intuitiva. Si rende necessario un supporto automatizzato in grado di analizzare l’ambiente e decidere se attivare o meno il riscaldamento del telescopio.

In commercio oggi si trovano molti controller per fasce anticondensa o Dewpoint controller di marchi noti come la stessa Celestron che ha sviluppato un modello che per esigenze particolari può essere un ottimo prodotto con innumerevoli features, le quali però spesso risultano eccessive o costose per chi dell’astronomia fa un hobby o effettua singole sessioni portandosi dietro un singolo tubo.
La soluzione tecnica che segue è dedicata proprio a coloro che si identificano in tali modalità di approccio alla passione.

Passiamo quindi a descrivere i passaggi per realizzare fai-da-te un controller per fasce anticondensa.
Il progetto è basato su Arduino, microcontroller ben voluto dagli astrofili sia per il basso costo che per la semplicità di programmazione. I sensori associabili inoltre sono facilmente reperibili in formato a modulo già saldati e con le connessioni disponibili anche per il montaggio rapido e per fare qualche test a banco.
 
Il progetto si presenta abbastanza completo e funzionale, esso è composto da un microprocessore che analizza e governa due sensori di temperatura e uno di umidità, calcola il dew-point e regola il segnale PWM in uscita sulla fascia. L’alimentazione è a 12 volt. Può essere collegato ad un pc (opzionale) e ricevere i dati direttamente via seriale. L’aggiunta di uno schermo Oled a 4 righe consente di seguire le operazioni.

COMPOSIZIONE DEL CORE

Il core è composto da:
• ATmega32u4 (Arduino Leonardo)
• Step-down 12v->5V
• Sensore 18b20
• Sensore HTU21
• Modulo optoisolato Mosfet D4184
• Oled 0,91” 128×32 pixel SSD1306

Le scelte sono ricadute sulle schede in elenco perché sono semplici da controllare ma soprattutto offrono dimensioni minime indispensabili allo scopo.

Come accessori extra potremo optare per:
• Connettore jack RCA per la fascia
• Connettore alimentazione Femmina 5,5 mm x 2,1 mm ingresso 12V
• Cavi e piattine a necessità
• 1 scatolina 80x40x15 mm (minimo)
• Nastro Kapton
• Guaina termo-restringente
I COMPONENTI IN DETTAGLIO

Il microprocessore è un Arduino Leonardo nella declinazione ATMEGA32u4, ce ne sono davvero molte anche Mini o Micro e in generale vanno tutte bene essendo il programma universale, tuttavia la versione ATMEGA32u4 offre le dimensioni minime di soli 2x2cm (fig.1).

Il sensore ibrido di temperatura e umidità relativa HTU21, che lavora in I2C, richiede solo 2 fili per lo scambio dati mentre possiede un intervallo notevole di funzionamento: da -40°C a +125°C e 0-100% RH Relative Humidity (fig. 2).

Il secondo sensore è di sola temperatura, il 18b20, ma è digitale e di precisione. È usato praticamente ovunque, anche nei termostati casalinghi, e dialoga con un solo filo (fig.3).

Il display è di tipo oled in bianco e nero, il più usato ed economico sul mercato, consente di creare contemporaneamente 4 righe di testo comandandolo con soli 2 fili sempre in I2C (fig.4).
Resta il problema di fornire la corretta alimentazione ad Arduino e ai sensori dato che tutti lavorano a 5 volt come standard. Per trasformare l’alimentazione astronomica standard di 12 volt in 5 volt abbiamo introdotto la piccola scheda step-down di 2x1cm, tra le più piccole sul mercato (fig.5).
Infine, per il corpo centrale non ci resta altro che aggiungere un componente per controllare la potenza della nostra fascia con una piccola scheda a Mosfet obbligatoria se si vuole comandare un carico con il segnale PWM (fig.6).
Sono inoltre necessari due connettori adatti a ricevere la tensione 12 volt in ingresso ed a cederla alla fascia in uscita (fig.7).

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CABLAGGIO

Il cablaggio di per se non è complesso dato che bisogna obbligatoriamente seguire le indicazioni dei produttori dei singoli componenti. Ma andiamo in ordine.
Innanzi tutto, va precisato che tutte le schede sono alimentate a 5 volt e quindi collegate assieme, coi rispettivi + e – (GND), alla scheda step-down: essa prende tensione in ingresso a 12 volt e distribuisce i 5 volt. La prima operazione da fare è mettere un punto di stagnatura sulle piazzole con la scritta 5V. Lo step-down genererà una tensione costante di 5 volt qualunque sia la sua alimentazione esterna. Non preoccupatevi quindi se non ci sono esattamente 12 volt sulla vostra attrezzatura, spesso i power-box commerciali forniscono anche 13,4 volt ma per quanto appena detto non è un problema.
Solo la scheda Mosfet avrà bisogno di 12 volt essendo l’unica a dover comandare la fascia.

I segnali di controllo del microprocessore sono scelti arbitrariamente in D10 per il Mosfet PWM (Arduino ha delle uscite specifiche che generano i segnali PWM) e D11 che sarà collegato al sensore 18b20. Le altre due schede, sensore ibrido temperatura/umidità e il display OLED, sono collegate ad appositi pin con il nome SDA ed SCK. Sono presenti serigrafie con le sigle su tutte le schede e quindi è davvero difficile sbagliare salvo distrazioni.
I due sensori sono destinati ha rimanere fuori della scatola che conterrà il processore e gli altri componenti. Per posizionarli al meglio consiglio di seguire alcuni suggerimenti o trucchi se preferite.
Il sensore 18b20 deve essere collocato in contatto diretto tra il tubo e la fascia ma risente dell’uso di cavi troppo lunghi perché facilmente disturbati; si può risolvere usando un cavo coassiale tipo audio e aggiungendo un filo per i 5V (figg. 9a e 9b). Inoltre, è pratico l’uso del nastro Kapton, il quale essendo stabile alle temperature e buon conduttore di calore, consente al sensore di restare allineato con le condizioni del tubo del telescopio pur essendo protetto e sigillato (fig. 9c).

L’altro componente sarà isolato con guaina termo-restringente trasparente e con una piccola apertura in corrispondenza del sensore così da misurare l’ambiente circostante (fig.10)

La scelta dei cavi e il modo con cui saranno stagnati determineranno il buon funzionamento e la resistenza nel tempo. Non è un mistero il fatto che l’ambiente astronomico sia piuttosto scomodo e spesso qualcosa riesce a mandare in tilt anche l’elettronica commerciale. I fili di test preconfezionati con innesto rapido sono da usare solo per capire e testare il funzionamento, non sono affidabili all’esterno e, in fin dei conti, meglio evitarli (fig.11a).

Per semplificare il montaggio consigliamo di usare i fili prelevati da un po’ di cavo multipolare di rete CAT5 (fig.11b), facile da trovare. Inoltre le coppie colore facilitano l’individuazione delle connessioni se usate appaiate.

Il montaggio di Arduino con lo step-down può essere fatto ad incastro, viste le dimensioni compatibili si useranno 2 dei pin-header (fig.12a) presenti insieme a ogni scheda acquistata, come “ponte e spessore” fra le due schede. Così è possibile stagnare proprio GND e 5 volt con corrispondenza esatta (fig.12b): “IN+” indica l’ingresso dei 12 volt mentre “EN” (Enable) è impostato attivo di fabbrica e non serve collegarlo.
Ora non resta che creare sulla scatola in plastica dura di dimensioni adeguate, due fori per far passare i due connettori 12 volt ed RCA di uscita per la fascia, più una finestra laterale della dimensione del display OLED, e due piccoli fori laterali per i fili dei sensori. Può rivelarsi utile un po’ di colla a caldo nei punti sollecitati come le connessioni esterne, il display e i punti di ingresso dei cavi dei sensori. Non usate colle per fissare Arduino dato che ha la presa USB è su stampato e può far comodo collegarlo per riprogrammarlo.
Nelle figure 13a e 13b un esempio di montaggio.

I passaggi relativi alla programmazione di Arduino sono disponibili a questo LINK

MONTAGGIO FINALE

Una volta testato il tutto e verificato il funzionamento anche grazie al piccolo schermo di interfaccia, si passa al giusto posizionamento sul telescopio tenendo conto che la scatola va applicata il più vicino possibile alla fascia.
Le soluzioni sono varie in corrispondenza dei vari modelli di telescopio e del proprio setup, a seguire quindi un esempio di montaggio su un modello abbastanza diffuso che può fungere da esempio o da spunto.
Innanzi tutto ‘astrofilo dovrà valutare la necessità di rimuovere il controller, ciò può accadere nel caso si abbiano a disposizione ad esempio più tubi con altrettante fasce. A tal fine si può optare per l’inserimento di un magnete incollato al fondo della scatola; tuttavia, è risaputo che non esistono parti magnetiche negli strumenti tendenzialmente realizzati in alluminio e lega amagnetica. Per agganciarlo alla barra quindi si può applicare una placca quadrata di metallo agganciata con del biadesivo (fig.18a).

Tra la fascia ed il tubo infileremo il sensore coperto di nastro giallo Kapton (fig.18b), mentre il sensore ambientale può essere anche lasciato libero, ma per evitare che si avvolga su altri cavi o subisca colpi mentre la montatura è in movimento, meglio optare per un piccolo magnete nascosto nella guaina e un altro piccolo quadrato di metallo che lo manterrà fisso (fig.18c).

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L’articolo è pubblicato in COELUM 271 VERSIONE CARTACEA