Как сделать карту звездного неба самому

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 05.10.2024

Хотите увидеть кусочек галактики у себя на потолке? Как это сделать – рассказано ниже.

Несколько лет я мечтал о том, чтобы выполнить этот проект, и вот он, наконец, готов. На его реализацию ушло приличное время, но итоговый результат получился настолько замечательным, что оно того стоило.

Немного о самом проекте. Я старался делать всё своими руками по-максимуму, что дало мне полную творческую свободу. В итоге у меня есть созвездия северного полушария, контроль над звёздными скоплениями при помощи пульта д/у (яркость и цвет), реакция на музыку, контроль подсветки, и, что самое важное – возможность изменить всё, что угодно.

В качестве платформы для всего этого я выбрал Arduino, поскольку знаком с его программированием. За реагирование на музыку отвечал чип MSGEQ7– в интернете полно его описаний. Для связи я использовал завалявшийся у меня NRF24L01. Для управления большим количеством светодиодов хорошо подошёл контроллер сервоприводов PCA9685. Если вам хочется сделать что-то попроще и подешевле, вы можете поискать на Amazon готовые наборы, но если вам интересно делать всё самому, как мне – тогда вам потребуются следующие навыки:

Знакомство с программированием Arduino.
Опыт разработки электрических схем и пайки.
Работа с переменным током.

Шаг 1: планирование

Определившись с электроникой, стоит подумать о структуре потолка, размере звёздной карты и количестве звёзд. Я выбрал вариант с обычным потолком из гипсокартона. У меня низкий потолок, и было достаточно сложно устанавливать оптоволокно, поэтому я остановился на относительно небольшом количестве звёзд, 1200 шт, однако результат всё равно получился потрясающим.

Теперь по выбору звёздного рисунка. Я живу в северном полушарии, поэтому выбрал ту часть неба, что здесь видна. Множество приложений демонстрирует рисунки созвездий – я использовал Celestia (как в этой инструкции по изготовлению собственного звёздного неба). Естественно, никто не заставляет делать рисунок звёздного неба реалистичным и в верном масштабе – тут у вас полная творческая свобода, а в интернете можно найти кучу идей.

Шаг 2: материалы

Теперь, когда всё распланировано, можно заказывать материалы.

Материалы для самого потолка я перечислять не буду, тут всё зависит от используемой системы и других факторов. Я использовал потолок от Knauf. То же касается и инструментов – большая их часть понадобится вам только для установки потолка. Для установки самих звёзд и электроники требуется не так уж много – см. список. Много чего я купил в местных магазинах, а остальное заказал на AliExpress – так дешевле, а качество обычно приемлемое.

Для звёзд и электроники потребуются:

Блок питания для светодиодных полос, мощность зависит от длины. В интернете можно найти ресурсы, помогающие подобрать БП для светодиодов. В моём случае у меня был импульсный БП на 12 В, 30 А, 350 Вт для ленты длиной 15 м. При этом ленты требуют по 14,4 Вт/м, поэтому у меня был хороший запас.
БП для светодиодов на 3 Вт. Зависит от количества светодиодов, а в моём случае это был БП на 5 В, 7 А, 35 Вт для 15 светодиодов и Arduino. Если вы выберете стандартные RGB светодиоды 5 мм, тогда можно взять БП попроще, однако звёзды будут уже не такими яркими.
RGB светодиоды на 3 В с общим анодом и радиатором (или обычные 5 мм светодиоды, если вам не нужна большая яркость). Один светодиод управляет одним скоплением звёзд, поэтому количество зависит от того, сколькими звёздами нужно управлять отдельно.
Светодиодные ленты 12 В.
Оптоволокно. Леска не подойдёт. Количество зависит от количества звёзд, размера потолка, местоположения управляющей схемы. Я для усиления эффекта использовал волокна разной толщины.
Платы PCA9685. С одной платы можно управлять 5-ю RGB светодиодами.
Arduino Uno/Mega × 2.
NRF24L01 × 2.
USB-кабель для питания Arduino.
Логические транзисторы IRL540N. Количество зависит от количества полосок светодиодов. 1 шт на один цвет одной полоски. Ограничение длины полоски – 5 м. Если нужно больше, используйте дополнительные полоски. Также существуют варианты соединения полосок в одну длинную – смотрите в гугле.
Транзисторы 2N2222 (или другие n-p-n). На каждые 3 Вт одного цвета светодиодов нужно по транзистору. В моём случае это было 15×3.
Резисторы. 2 Вт 10 Ом / 2 Вт 6,8 Ом / 2 Вт 6,8 Ом для R, G и B на каждый светодиод 3 Вт соответственно. 5 притягивающих резисторов на 10 кОм, каждый по 0,25 Вт.
Конденсаторы на 10 мкФ для развязки NRF24L01.
Алюминиевая пластина для фиксации и охлаждения 3 Вт светодиодов.
Платы для схем.
Макетные платы для тестирования.
Шурупчики, фанера, клейкая лента и всё такое, что есть в любой мастерской.
Куча проводов разной толщины. Для ШИМ-сигналов можно использовать тонкие провода для прототипирования, но для светодиодных полосок и 3 Вт светодиодов толщину проводов нужно считать в зависимости от расстояния от схемы до светодиодов.

MSGEQ7 × 1
Резисторы — 1 × 470 Ω / 1 × 180k Ω / 1 × 33k Ω.
Конденсаторы:1 × 33 пФ / 1 × 0.01 мкФ / 1 × 0.1 мкФ.
Термопаста для процессоров.
ИК пульт д/у и фотодиод для приёмника
Куча тонких проводов.
Небольшая макетная плата. Я использовал Proto Shield.
Небольшой корпус для Arduino. Я сделал корпус при помощи лазерной резки.
Другие компоненты, относящиеся к основной схеме. Их количество указано в списке компонентов основной схемы.

Прозрачный клей, не растворяющий оптоволокно. Я использовал простой канцелярский.
Оборудование для пайки.
Мультиметр не будет лишним.
Отвёртка.
Пассатижи.
Шило или что-то похожее для проделывания отверстий в потолке. Толщина совпадает с толщиной оптоволокна.

Шаг 3: установка потолка

Детально установку расписывать не буду – в сети есть куча материалов по установке навесного потолка, а я не эксперт в этом вопросе. Такой подход сложнее обычного решения со звёздной панелью, которое выбирает большинство людей. Но зато у меня получился качественный подвесной потолок, который днём смотрится абсолютно нормально.

Специально для обслуживания электроники я сделал лючок в самой малозаметной части потолка.

На этом шаге делается шпатлёвка и грунтовка, а покраска – уже после установки оптоволокна.

Шаг 4: установка оптоволокна

На это у меня ушло больше времени, чем я предполагал… После множества различных импровизаций мы сошлись на том, что в нашем случае лучше всего размещать оптоволокно при помощи удочки и петли из лески – см. мои мастерски исполненные каракули с пояснениями. Сейчас эта идея кажется мне смехотворной – но кому не нравится иногда повозиться.

Рекомендую приклеивать оптоволокно в отверстиях, чтобы оно не выпадало. Клей должен быть прозрачным и не реагировать с оптоволокном. Я использовал простой канцелярский.
Сверлить ничего не надо, отверстия можно проделать простым шилом, совпадающим по диаметру с оптоволокном.
Для разметки точного местоположения звёзд я использовал только рулетку. Не на 100% точно, но нормально. Для печати карты звёздного неба потолок был великоват.

Мы красили прямо по оптоволокну, поэтому когда оно не светится, его не видно. Всё выглядит как обычный потолок. После двух слоёв краски яркость оптоволокна осталась почти такой же.

Шаг 6: пробная схема

Сама схема не очень сложная, и у меня всё заработало сразу же. Однако всегда лучше сначала проверить, а потом устанавливать – тем более, что в данном случае пайки предстоит очень много. Кроме того, удобно иметь тестовую версию для обновлений в будущем – думаю, никому не захочется закоротить проект, на установку которого в потолок было потрачено несколько дней.

Моя тестовая версия – это одна-две платы PCA9685, NRF24L01 и блоки питания, соединённые с Arduino. Всё можно делать на макетных платах. То же касается и схемы пульта д/у – натыкали всё на макетку, и проверили, что всё работает. Я бы также посоветовал припаять несколько 3 Вт светодиодов для проверки.

Шаг 7: код для Arduino

Человеческий глаз не воспринимает яркость света линейно, поэтому простое линейное увеличение яркости выглядит ненатурально.

Шаг 8: подключение проводов и светодиодных полосок

Время финального подключения! Если всё проверено и всё работает, подключение должно пройти без особых проблем – просто пайка кучи одинаковых комплектующих. Для удобства обслуживания всей схемы я сделал коробку из фанеры по размеру технического лючка – поэтому при необходимости я могу просто вынуть всю схему из потолка. Оптоволокно я провёл по пластиковым сантехническим трубам, размер которых примерно совпадает с 3 Вт светодиодами, а потом просверлил отверстия того же диаметра в фанере и вставил их туда. Таким образом я легко могу отсоединять оптоволокно от светодиодов по необходимости.

Светодиодные полоски предлагаю крепить на алюминиевых пластинах для охлаждения, поскольку они сильно греются.

Шаг 9: отладка и тонкая подстройка

Допустим, вы проверили схему, но после того, как установили её, она не работает… или что-то ещё не работает, как надо. Тогда проблема, скорее всего, в пайке – если в тестовой сборке всё работало, то и в финальной тоже должно. Надеюсь, что это не ваш случай, однако в качестве примера я приведу одну из проблем, с которыми столкнулся сам.

Когда я понижал яркость светодиодов до минимума, полоски могли перестать работать или начать мигать. Потратив огромное количество времени на исследования и отладку, я обнаружил, что проблема была в медленном переключении IRL540, а решение – в простом понижении частоты ШИМ до 50 Гц. Проблема почти решилась, и мигание осталось только на самых низких величинах – однако это не имеет значения, поскольку я их не использую. Проблема вернулась, когда я решил снять ролик об этом потолке, поскольку такую небольшую частоту хорошо видно на камерах – это всё равно, что снимать телевизор. Для решения этой проблемы я собрал на макетной плате небольшую схему, использовав транзисторы 2N2222 вместо IRL540, просто для съёмки видео.

Теперь, когда всё на месте и работает, можно заняться тонкой подстройкой яркости звёзд, реагированием на музыку, режимами затухания и всем остальным.

Карта ночного звёздного неба абсолютно реалистична. Именно так в этом городе и в этой время были расположены звезды.

Наши карты представляют собой электронную версию "Планисферы" из астрономии. Планисфера — звёздная диаграмма аналоговых вычислительных инструментов в виде двух регулируемых дисков, которые вращаются на общей оси. Она может отображать видимые звёзды из конкретного места в любой момент времени.

Наши карты построены из тысяч звезд. Наряду со звездами, наше программное обеспечение строит самые известные созвездия нашей галактики. Все элементы карты строятся с наивысшей известной научной точностью. Мы используем каталог ярких звезд и другие астрономические базы данных для наших небесных данных, которые содержат координаты и яркость каждой известной звезды в галактической системе.

Для того, чтобы каждая карта получилась уникальной мы берем Йельский каталог ярких звёзд — это каталог звёзд, которые при идеальном небе можно увидеть невооружённым глазом, т.е имеющих звёздную величину (блеск) 6,5m или ярче.

Используя параметры звёзд из каталога, вычисляем их положение на небесной сфере. По заданным координатам, времени наблюдения и другим параметрам, определяем видимые в данный момент звёзды, и переводим их из сферической системы координат на плоскость.

Таким образом получается реалистичная карта ночного звёздного неба.

В качестве отображаемых созвездий мы используем данные по 88 официальным созвездиям, утверждённым Международным астрономическим союзом.

Хотя мы стараемся отображать карту максимально близко к тому, какой она должна быть, важно понимать, что результирующее отображение имеет некоторую степень допущения при печати.

Система генерирует вашу карту звёзд и вставляет получившийся расчёт в оформление, которое вы уже и видите на сайте.

Это ваша звездная карта! Именно так она будет выглядеть при печати. Формирование файла высокого качества произойдет на следующем шаге. Водяного знака на итоговом файле нет.

Звездное небо
Новосибирск, Новосибирская область
24 Января 2022
55.039230 ° широта , 82.927818 ° долгота

МГНОВЕННО ПРИДЕТ НА ВАШ ЕМЕЙЛ! Полностью готовый файл для самостоятельной печати. Распечатать свою карту звездного неба вы сможете в любом фото-салоне. Файл приходит в формате JPG на ваш емейл. Вам остается только скачать и все готово!

Стоимость
15*21 cм - 990 рублей
--> Стоимость от 1100 рублей

Постеры премиального качества. Доставка на пункты выдачи Boxberry - бесплатно. Доставку курьером, почтой - рассчитает менеджер.

15*21 см (в рамке) - 1100 рублей
--> Стоимость от 2250 рублей

Мы отправляем ваше звездные карты из Москвы через 1-2 рабочих дня (не считая дня оформления заказа). Есть срочная доставка. Менеджер подробно проконсультирует.

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАНЯТИЯ

для студентов очной формы обучения ППКРС по профессии

08.01.08 Мастер отделочных строительных работ

Тема: Изготовление подвижной карты звёздного неба и работа с ней

Цель: изучение карты звёздного неба и приложенного к ней накладного круга, сборка подвижной карты звёздного неба, приобретение навыков работы с ней

Продолжительность: 2 часа.

Инструменты и материалы: файл для печати расходного материала с изображением Карты звездного неба и Накладного круга, картон, ножницы, клей

Краткие теоретические материалы по теме занятия

Условные обозначения на корте звёздного неба:

Подвижная карта состоит из двух частей — собственно самой карты звездного неба и специального накладного круга.

На карте звездного неба показаны наиболее яркие звезды. Именно они и формируют привычные нам фигуры созвездий. Размеры черных кружков, которыми изображены звезды, соответствуют их блеску: чем звезда ярче, тем он больше. Также на карте отображены наиболее яркие и заметные звездные скопления (группами тесно расположенных точек) и туманности (штриховкой)

Теперь пару слов о линиях. Пунктирные линии указывают на карте границы созвездий, а непрерывные, в виде концентрических колец и прямых, — сетку экваториальных координат. Напомню, что эта система координат аналогична той, что используется на Земле: то, что мы называем долготой, на небе — прямое восхождение, а то, что у нас широта — там склонение.

В самом центре карты изображен Северный полюс мира. Рядом с ним — Полярная звезда. Расположенные вокруг Северного полюса окружности — круги склонений. Третий из них, если считать от полюса, — небесный экватор. Он делит нашу небесную сферу на два полушария: северное и южное. Стоит заметить, что в используемой в подвижной карте проекции вид созвездий южного звездного неба довольно сильно искажен.

Овал, несколько смещенный относительно центра карты, — эклиптика. Эта линия построена на небесной сфере движением Солнца, перемещающимся по ней в течение года. На эклиптике легко выделить четыре точки. Первые две, на пересечении с небесным экватором — точки весеннего и осеннего равноденствия. Они обозначаются Т и О соответственно. Две другие — точки летнего и зимнего солнцестояния. В самой близкой их них к Северному полюсу мира Солнце бывает 20-22 июня, а в самой далекой — 20-22 декабря..

По краям карты нанесены даты и названия месяцев. Они нам потребуются в дальнейшем для определения вида звездного неба.

По краям накладного круга нанесен часовой лимб (циферблат), а в центре находится система пересекающихся овалов. Эти овалы показывают расположение линии горизонта на различных географических широтах. Буквами С, В, Ю и 3 обозначены стороны горизонта.

Задания для практического занятия

Задание 1: Знакомство с картой звёздного неба

Найдите на карте звездного неба:

Созвездия Малой и Большой Медведицы, Кассиопею, Волопаса и Ориона

Точки осеннего и весеннего равноденствия

На шкале дата/месяц найдите 10 ноября

Задание 2: Сборка подвижной карты звёздного неба.

Карту, а также накладной круг наклеить на картон. Затем аккуратно в накладном круге сделать вырез по линии, соответствующей широте, близкой к той, на которой вы проживаете (наша широта 45  ). Между точками "С" и "Ю" на круге натянуть нить, которая будет изображать небесный меридиан.

Накладной круг разместить на звёздной карте концентрично, так, чтобы он не закрывал на карте лимба с датами, а небесный меридиан (нить) при этом проходил через Северный полюс мира.

Задание 3: Определить, какие звёзды видны над горизонтом на 5 ноября 17 часов 20 минут (перечислить видимые полностью созвездия)

Расположить накладной круг на карте так, чтобы нужная дата на карте совпала с нужным часом на накладном круге. Тогда в вырезе окажутся видимые над горизонтом звёзды в искомый момент.

Задание 4 : Определить приблизительно положение Солнца (указать созвездие) 15 марта

Для определения приблизительного положения Солнца соединить линейкой Северный полюс мира с меткой выбранной даты. Точка пересечения нити с эклиптикой укажет положение Солнца.

Задание 5 : Определить время восхода Солнца 15 марта

Накладной круг расположить так, чтобы заранее отмеченное Солнце (смотри задание 4) попало на восточную часть линии горизонта. Час восхода Солнца совпадёт с меткой выбранной даты.

Контрольные вопросы:

Чем объяснить то, что последовательность оцифровки кругов склонения возрастает в направлении вращения часовой стрелки, а не навстречу, как это требует счет прямого восхождения на звездной карте неба?

Как определить по подвижной карте звездного неба моменты восхода или захода светил?

Как найти положение Солнца на эклиптике в заданный день года?

В каких точках эклиптика пересекает небесный экватор? В какие даты Солнце находиться в этих точках?

Задания обучающимся для самостоятельной работы по итогам ПЗ

Наблюдать на ночном небе созвездия: Малой и Большой Медведицы, Кассиопею, Волопаса и Ориона

Читайте также: