Cam86: CCD raffreddata autocostruita

[Zoroastro]

Salve,

Ho appena terminato la realizzazione di una Cam86, fotocamera astronomica raffreddata con sensore da 6.1 megapixel e formato 23.7 × 15.6 mm. Il progetto originale con il reverse engineering del sensore Nikon D70 è frutto di un astrofilo ucraino, Rome Gilmanov, attivo su www.astrokiev.com, ma esistono forum molto vivaci in Francia USA e Australia.

Si tratta in pratica di acquistare su Ali il sensore Nikon (circa 13-14 euro), ordinare il PCB coi file Gerber messi a disposizione da Rome circa 10-15 euro per 10 pezzi), ordinare i componenti elettronici (un'ottantina di euro) e saldare il tutto. La parte meccanica (involucro, finestra, dito freddo e radiatore) non è difficile ma richiede un po' di creatività e pazienza. Avere a portata un tornio/CNC/trapano a colonna accelera tutto, ma si può farne a meno. E se ci sono riuscito io ... ;-)

Ci sono poi altre Cam basate su diversi sensori e anche evoluzioni della Cam86, quali la Cam90 e la recente Cam87. A ciascuno il suo!

Personalmente dico che è stata una bellissima avventura che raccomando a chiunque abbia passione per l'autocostruzione e un minimo di manualità e conoscenze di base di elettronica fai-da-te. Nel corso del progetto, partendo da zero, ho imparato un sacco di cose, divertendomi: usare un saldatore a stagno, fare saldature su piccoli componenti 0805 e IC, progettare in 3D, stampare 3D etc.

Qui i dettagli tecnici della camera:


Risoluzione 3000 × 2000 = 6Mpixel
pixel quadrati 7,8 x 7.8um
16bit ADC
Colore con matrice RVB Bayer
28,4 mm diagonale
interfaccia USB 2
alimentazione a 12Vcc
driver ASCOM e INDI
sensore di temperatura e umidità interni
raffreddamento con Peltier e dito freddo in rame o alluminio


La parte meccanica si può realizzare in alluminio o stampata 3D. Su Astrobin si trovano molte immagini realizzate con Cam86, di qualità decisamente buona.

Il costo delle Cam86 è difficile da calcolare, perché dipende da quanti attrezzi si possiedono in partenza, ma per i componenti si possono calcolare circa 150 euro largheggiando.

Qualche immagine della mia camera appena ultimata con contenitore stampato in PET-G, e i link ai vari forum.

Forum originale (http://www.astroclub.kiev.ua/forum/index.php?PHPSESSID=su8vh9h1n0l7lrnate4rmb50v5&topic=28929.0) (in russo e inglese, Google translate è raccomandato :-))

Forum francese (https://www.webastro.net/forums/topic/148427-camera-ccd-fabriqu%C3%A9-maison-cam86/), il più attivo e creativo (questo post è largamente ispirato a quel thread)

Blog russo dedicato alle varie versioni di Cam (http://astroccd.org/)

Lo schema del PCB (https://drive.google.com/file/d/0B33NUzWf6odbX0hPSF9yLTQtb0E/view)

L'elenco dei componenti (https://drive.google.com/file/d/1ewSeFre6H9M9GlekIJz_ARq1B5g2XkXA/view?usp=sharing) - tranne il vertical driver CXD1267 che va cercato su eBay o Ali

Queste sono le info principali, ma considerato che i thread sono mediamente di 120-180 pagine non esitate a chiedere, per quello che posso sarò lieto di aiutarvi!!!


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Allego anche un'immagine (non mia) realizzata con una cam86.

https://www.astrobin.com/full/309596/0/?real=&mod=
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[Zoroastro]

Il primo test di raffreddamento, in locale a circa 22-23°C e immagine di 10s senza obiettivo. Il delta T è circa 36°C, probabilmente migliorabile leggermente una volta completato l'essiccamento interno (silicagel per il momento).

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Buon Anno!

[DavideP]

molto bello il progetto e molto ben realizzato, la stampa è quasi perfetta, magari venissero giù pezzi così belli dalla mia stampante....che stampante hai usato?

interessanta anche il discorso del raffreddamento

[Zoroastro]

Ciao Davide - grazie! La stampante è una Prusa i3 Mk3S, non sbaglia un colpo. Prima ho tribolato un pezzo con una fetecchia cinese Creality, 300 e rotti euro buttati.

Aggiorno sul controllo delle temperatura a regime:

T interna del corpo macchina: +29/+30°C
T del dito freddo=sensore: -14,5°C, stabile +/-0,2°C
T ambiente: +19/+20°C
Assorbimento totale a regime: 1,96A

La prossima revisione del prototipo migliorerà alcuni dettagli relativi a riserva di silicagel, pittura interna per ridurre l'umidità, finestra con filtro UV/IR cut astronomico, radiatore più compatto e semplificazione geometrie per stampa 3D.

Ovviamente i miei file .stl sono a disposizione di chiunque.

Ciao!

PS: un collega del forum francese sta sviluppando una versione molto compatta e semplificata della Cam87 (https://github.com/lordzurp/Cam87-box), sempre con corpo stampato 3D. Molto promettente ...

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E un altro sta perfezionando un programma per la messa a fuoco, acquisizione immagini e âutoguida. Da notare che volendo si possono usare comunque i vari SharpCap e APT con il driver ASCOM.

[Valerio84]

Accidenti! Complimenti! Saldare componenti SMT a mano è un lavoro certosino, soprattutto gli integrati! Mi farebbe comodo una camera raffreddata...mi fai venire voglia di provare!:sneaky:
Una domanda, tutti quei cavi volanti potrebbero fare da antenna ed indurre problemi di disturbo elettromagnetico nella lettura del sensore?
Hai provato a fare una misurazione? Eventualmente potresti usare mini toroidi di ferrite per ridurre i disturbi.

Ancora complimenti e grazie per aver condiviso il progetto!

[Zoroastro]

Grazie Valerio - Sì serve pazienza e manualità per saldare gli integrati, ma se ho imparato io con YouTube partendo da zero ... ;-) certo all'inizio ho massacrato un paio di schede ma alla fine i giunti sono venuti abbastanza bene con l'aiuto di un microscopio 10x e senza usare l'aria calda.

Non saprei per le EMI, ho avvolto a spirale i fili dei sensori e della USB oltre che le alimentazioni a 9 e 12V, certo aggiungere un paio di ferriti non costa nulla - Grazie del suggerimento!

Circa la tua tentazione ... buttati, io mi sono divertito un casino al di là dell'uso pratico della fotocamera per il cielo profondo - dovrò imparare anche quello :D.

Senza stampante 3D come già detto la soluzione classica (e la migliore) è con corpo in alluminio usando una scatola commerciale adattata con fori adeguati. Ho scelto la stampa 3D per fare qualcosa di nuovo e anche perché per un buon lavoro servirebbe un trapano a colonna che non possiedo (e non voglio mettermi in casa per adesso). L'unica lavorazione meccanica nel mio caso è stata per ricavare il dito freddo in rame - piuttosto che farmelo realizzare al CNC o al tornio da qualcuno ho preferito farmelo da solo con utensili ricavati dalla fedele Prusa.

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Ecco due esempi di realizzazione metallica:

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[Valerio84]

Bella anche con case alluminio, dissipa anche meglio:biggrin: Prima o poi lo faccio! Peccato le ferie siano quasi finite!

[Zoroastro]

Esatto Valerio, con case in alluminio la T interna sale solo di 2-3 gradi, contro i 10-12 del case in plastica. Anche se alla fine il sensore ne risente poco visto che lo scambio con il dito freddo per conduzione è 100x lo scambio per radiazione e convezione.

Ciao!

[Zoroastro]

Dimenticavo: il sensore è un Sony ICX453AQ , utilizzato anche sulla QHY8Pro.

[Valerio84]

Ciao Zoroastro,
ho dato uno sguardo ai siti russo e francesce...
tra le traduzioni farlocche e la lunghezza dei post sarà una faticaccia arrivare in fondo.:vomit:

Ho visto ci sono schematici, gerber e bom, con quelli la scheda la assemblo,
ma il microcontrollore della Microchip ATmega48A va programmato?
ricordo in lab usavamo gli ICD3 per programmare, ma era il lavoro dei softwaristi io non ci ho mai messo le mani! :D

[Zoroastro]

Ciao Valerio,

In effetti la quantità di post è da delirio e il forum in russo abbastanza stressante da seguire. Per fortuna esistono sia siti GitHub (https://github.com/vakulenko/CAM8_software) che istruzioni passo-passo sintetiche in questo sito francese un po' caotico ma efficace (se vuoi assemblare una Cam86):

https://www.diycam.fr/index.php/fr/

Puoi scegliere la lingua in alto a destra.

Riguardo l'ATMega si deve caricare un firmware sulla eeprom con MPROG attraverso l'interfaccia USB e poi programmare l'ATMEGA con il programmatore software incluso nel pacchetto software - tutto è semi-automatizzato e ben spiegato qui


https://www.diycam.fr/index.php/fr/10-all/software/2-cam86-installation-et-programmation

Ciao!

PS: è in corso di test la Cam87 che invece dell'ATMega usa un STM32. Un utente francese ne ha realizzata una versione "box" stampata 3D (https://www.webastro.net/forums/topic/148427-camera-ccd-fabriqu%C3%A9-maison-cam86/?do=findComment&comment=2833366)

[Valerio84]

Grazie mille!
Visto che stai seguendo da un po' lo sviluppo anche della cam87 che idea ti sei fatto?
Vale la pena buttarsi direttamente su quella?
Riguardo alla cam87 però non ci sono molte info, utilizza lo stesso sensore della cam86?

[Zoroastro]

Usano lo stesso sensore ICX453AQ della Nikon D70/50 e della QHY9Pro. Io ho deciso di costruire anche la Cam87 dopo la 86 in plastica, e nell'intervallo fare una Cam86 in metalloplastica ;).

Comunque la Cam86 va già bene, il vantaggio della Cam87 sarà una migliore gestione del Peltier e più velocità/precisione di lettura conlo STM32. La versione "Box" del francese potrebbe semplificare enormemente la parte meccanica, riducendo la parte stagna a pochi mm³ intorno al sensore e adottando un case "full 3D printed" con schede separate per potenza e gestione digitale.

Onestamente non saprei consigliarti.

[Zoroastro]

A proposito se può servire un venditore eBay (testato da altri positivamente) vende un kit con quasi tutti i componenti e il PCB, qui

https://www.ebay.com/itm/Astronomical-Camera-DIY-Kit-/184610701653

[gspeed]

Wow interessantissimo thread, me l’ero perso! Accidenti qui mi sa che prima o poi ci casco nell’astrofotografia. Ottimo il link che hai postato. Una domanda, ma consente anche di fare video per planetario o è una soluzione focalizzata sul deep?

[Zoroastro]

Solo deep a lunga posa, il tempo di acquisizione di un frame è circa 2 s.

Ciao!

[dagno]

ordinare il PCB coi file Gerber messi a disposizione da Rome circa 10-15 euro per 10 pezzi)


Ciao a tutti
ho cercato in lungo e in largo su internet ma non riesco a trovare dove prendere i pcb a quel prezzo, sapreste darmi qualche dritta?

Grazie

[Zoroastro]

Sì certo. Io ho usato SeeedStudio: 4,90 dollari per 10 PCB più 13,60 dollari di spedizione, cioè 14,80 euro.

Ma ne esistono tanti simili.

Ciao!

[Niuton]

riesumo la discussione, per un paio di chiarimenti:
tecnicamente usare il sensore della d70 nella cam86, che vantaggi ha rispetto ad usare un d70 moddata con la cella di peltier? diciamo una modifica del tipo di quella che fa questo artigiano con la d850.
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con l'avanzare dei tempi e il naturale abbassamento dei prezzi dell'usato(una nikon d70 solo corpo a ben cercare con 70-90€ si porta a casa, come anche altre reflex digitali con altri tipi di sensore), mi vien da dire che pur spendendo magari un 20€ in più si hanno a disposizione tutte le feature della reflex.

Comunque gran bel lavoro Zoroastro! hai mai pensato di trasformarla in mono grattando via la matrice bayer meccanicamente(con cacciavite o legnetto)? pare un operazione semplice e indolore, per quanto brutale.

[Zoroastro]

Grazie Niuton,

Probabilmente la D70 modificata va anche meglio ma non sono sicuro che costi meno, alla reflex devi aggiungere i componenti e la manodopera dell'artigiano. Comunque il sensore D70 è stato scelto perche sono riusciti a farne il reverse engineering, oltre che per prezzo basso e reperibilità. Se poprio dovessi andare su una reflex modificata usare i una classica Canon Rebel Ti che dovrebbe essere meno rumorosa.

Diversi costruttori hanno debayerato il sensore ma i risultati sono contrastanti. Su astrobin si trovano diverse immagini realizzate con la Cam86 se vuoi verificare.

Adesso su webastro stanno perfezionando la Cam87, stesso sensore !a elettronica e progetto migliorati, vediamo come va ...


Ciao!

[Niuton]

sicuramente fare un lavoro così ben fatto anche esteticamente dall'artigiano costa parecchio.. visto che hai dovuto usare le celle di peltier ti chiedo un suggerimento. Io sto molto più umilmente costruendo un astrocamera planetaria raffreddata(una cosa senza tante pretese con una piccola camera industriale, sensore imx291, 2Mp, 50fps), ho usato una cella a 4 stadi, in pratica una piramidina dove la cella alla base scarica il calore al livello superiore e così via. la base fredda entra dentro la camera ermetica col sensore,mentre gli altri livelli nella camera superiore collegata ad una ventola da cpu per disperdere il calore accumulato.
nella cam 86 hai usato anche una ventola dal lato freddo per orientare la corrente verso il sensore o sei andato direttamente a contatto?

[Zoroastro]

Ciao,

La Peltier (a due stadi, di più non metterei) deve avere un dito freddo in rame o alluminio che va a dal lato freddo della peltier fino diretto contatto (con pasta termica) sul retro del sensore. La difficoltà maggiore sta nel rendere ermetico e secco (RH<<2%) tutto il lato freddo per evitare la condensa e la brina che distruggerebbero i circuiti. La seconda difficoltà sta nel mantenere un contatto completo Peltier/rame/sensore con una perfetta complanarità delle tre superfici. In questo modo si raggiungono 20-25 e anche 30°C di delta T tra ambiente e sensore.

Il raffreddamento Peltier-aria-sensore non darebbe che pochissimi gradi di delta T.

Spero di averti dato qualche spunto ...

Ciao!

[Zoroastro]

La mia seconda Cam86, stavolta con involucro di alluminio e pezzi speciali in PETG stampato 3D. La versione interamente stampata 3D richiedeva troppo tempo per la deumidificazione e per renderla stagna all'aria.

In questa ho riveduto tutte le tenute verso l'esterno per facilitarne l'impermeabilizzazione con silicone. Dovrei finirla a breve, un paio di weekend al massimo.

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Come sempre a disposizione per ogni domanda.

[Zoroastro]

La Cam86 ultimata e messa sotto stress test da stamattina. Nella nuova versione con radiatore ridotto e alleggerito raggiunge un delta T stabile massimo di -28°C sull'ambiente.

L'immagine sembra regolare, appena si riuniscono le condizioni tenterò la prima luce - da asino astrofotografico assoluto.

Qualche cenno sui driver: sto usando l'Ascom con APT, ma esiste anche un driver Indi. Poiché'Ascom è a 32bit può funzionare con NINA nella versione 32bit, come riportato da altri.

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[stevesp]

Attendiamo la prima luce
Non hai anche una ventola per far circolare l’aria sulla alettatura?

[Zoroastro]

Ciao stevesp, sì la ventola 40x40 è in primo piano di profilo, quella nera. Ho messo un modello Sunon con bronzine senza vibrazioni (spero).
Più tardi la provo sul telescopio in diurna.

Aggiungo che non ho brina sul sensore per ora, il DHT22 mi dava 3-4% di RH e T(rugiada) di -25°C dopo un buon trattamento con silica gel.

Qui un frame da 0.2s senza obiettivo. Non ho idea se va bene o meno, mi sembra OK. Temperatura stabile sul set point di -7°C con carico della Peltier al 90% (circa 2,4A)

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[Zoroastro]

Dopo alcune ore a -7°C sul sensore si è formata un'ombra di brina. Rimedi: inertizzare con argon o mantenere una temperatura più alta, tipo 0°C. Oppure dare un'altra passata nel silica gel con tripla rigenerazione anziché doppia per abbassare ancora l'umidità residua.

Penso che per ora non farò nulla in attesa di test in campo.

Ciao!

[stevesp]

Argon… ma hai impermeabilizzato la camera? Poi mi sa che devi anche mettere valvole per fare il vuoto e poi riempire, ma di sicuro diventa una bomba

[Zoroastro]

La camera è stagna, altrimenti entrerebbe umidità. L'argon è un gas inerte ed economico, si usa come flussante in saldature TIG. Per sostituire l'aria con l'argon si flussa la camera col gas ripetutamente, in flusso continuo. 20-30 volumi dovrebbero bastare.

[Riccardo Giuliani]

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Che meraviglia Zoroastro.
Pensavo ormai impossibili questi progetti, negli ultimi anni.
E, quasi per caso (ma il caso non esiste), sono andato indietro nella lista di Autocostruzione del Forum
ed ho trovato questa piccola meraviglia (che all'epoca mi era sfuggita).

Ho ancora una Cookbook autocostruita, in vetrrina. Meravigliosa.
Poi venne fuori il bel progetto CCD UAI con il bravissimo Marco Paolilli.
In seguito... nulla.
Ed ecco un pazientissimo Zoroastro che mi ha rinverdito la voglia di far qualcosa. Al momento solo... la voglia. Non ho più la pazienza di un tempo.
Ma, chissa... :angel:

p.s. gradita qualche foto con la camera o un link all'album delle riprese.

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