Fabrication d'une roue à filtres motorisée USB

M31 galaxie d'Andromède, le 18/08/2025

Ce projet consiste à concevoir et fabriquer une roue à filtres motorisée avec les caractéristiques suivantes :

- nombre de filtres suffisant pour une utilisation avec une caméra monochrome (L, R, G, B, S, H O,..) soit 7 ou 8,
- fixation sur des caméras QHY178M et C Coldmos (dont je dispose actuellement), et montage direct sur des objectifs à monture Canon EF (gamme d'objectifs dont je dispose actuellement),
- adaptation possible sur Canon EOS 350D débayerisé,
- utilisation de filtres montés 1,25" (ceux dont je dispose actuellement),
- motorisation,
- interface USB pour pilotage via ASCOM et tout ordinateur de type AsiAir ou Stellarmate,
- compatible avec au moins un driver de roue à filtre existant sur le marché,
- possibilité de monter un viseur hors axe (OAG).

Ressources disponibles pour ce projet :

- imprimante 3D Creality K1C,
- logiciel de modélisation OpenSCAD,
- cartes Arduino (Uno, Nano),
- quelques dizaines d'Euros pour l'achat du moteur+interface, capteur de position, prisme de renvoi d'angle,
- l'IA Perplexity, qui m'assiste dans la programmation du firmware (programmation, intégration du moteur pas à pas, de la sonde Hall...),
- divers tutos Youtube sur le câblage des différents éléments, la configuration du module HC-05...
- page Github chemistorge, avec un code Arduino assez élaboré dont je me suis inspiré,
- page Roue à filtre motorisée du forum Arduino, avec un code simpliste,
- page Github indilib, qui contient les codes source des drivers Indi,

... du temps et de la matière grise !

Design de la roue : J'ai opté pour un modèle paramétrique, dont le principal paramètre est le nombre de filtres. La fixation des filtres se fait par un système de griffes élastiques. Ici, la roue avec 8 logement pour filtres montés de 1,25. La roue comprend une denture intérieure qui engrène sur un pignon monté sur un moteur pas à pas.

Design de la roue : J'ai opté pour un modèle paramétrique, dont le principal paramètre est le nombre de filtres. La fixation des filtres se fait par un système de griffes élastiques. Ici, la roue avec 8 logement pour filtres montés de 1,25. La roue comprend une denture intérieure qui engrène sur un pignon monté sur un moteur pas à pas.

Les deux parties du carter de la roue s'emboitent pour ne pas laisser de lumière rentrer. Côté objectif, une bague supportera la baïonnette femelle Canon EF et contient le système de guidage hors axe (prisme de renvoi). Un focuser sera fixé dessus. Cette bague ne sera pas collée comme sur ma roue manuelle, mais fixée par 4 vis depuis l'intérieur du carter. La bague sera interchangeable avec une autre bague éventuelle.

Les deux parties du carter de la roue s'emboitent pour ne pas laisser de lumière rentrer. Côté objectif, une bague supportera la baïonnette femelle Canon EF et contient le système de guidage hors axe (prisme de renvoi). Un focuser sera fixé dessus. Cette bague ne sera pas collée comme sur ma roue manuelle, mais fixée par 4 vis depuis l'intérieur du carter. La bague sera interchangeable avec une autre bague éventuelle.

Au 01/08/2025, voici l'état d'avancement :
- Tout à gauche : le prototype manuel de la roue à filtres.
- Au premier plan : le disque de la roue à filtre à 8 positions. On distingue les dentures intérieures, ainsi que les fentes élastiques pour fixer les filtres 1,25" montés.
- Au milieu : le moteur 28BYJ-48 monté sur son support, avec sa carte UNL2003 et le pignon monté.
- A droite : la carte Arduino Uno qui sert pour le développement du firmware (la carte définitive sera une Nano).

Avancement au 01/08/2025.

Sont connectés à la carte : le contrôleur UNL2003 du moteur pas à pas, une sonde à effet hall (capteur pour l'initialisation), ainsi qu'un module bluetooth HC-05.
Lors du développement du firmware, le module HC-05 sert à monitorer les communications entre le driver Xagyl de Indi (sous Stellarmate) et la roue. Très utile pour débugger le firmware et comprendre le protocole d'échange de données.
Le module HC-05 servira de moyen de commande sans fil de la roue, voire de moyen d'ajustement de certains paramètres de configuration.

Avancement au 03/08/2025:
Conception du compartiment de l'électronique et du moteur quasiment terminée (reste le couvercle). Ce compartiment est conçu de manière à pouvoir être détaché du carter de la roue et être éventuellement monté sur un autre carter. Il contient le moteur et son driver, le module bluetooth, la carte Arduino NANO (qui reste à intégrer). La sonde Hall reste fixée sur le carter et ses pins ont été redressées à 90° pour faciliter le branchement/débranchement, ainsi que le cable-management.
La roue s'approche de sa forme finale.

Fabrication d'une roue à filtres motorisée USB

Avancement au 04/08/2025:
Carte Arduino NANO brasée (pins vers le haut), câblée et insérer dans le compartiment.
Capot du compartiment modélisé et imprimé 3D. Des bouts de fibre optique en nylon de diamètre 2mm renvoient les lumières des leds du module bluetooth, du driver du moteur, de la sonde Hall et de la carte Arduino.
Correction de quelques bugs dus à une différence entre les instruction décrites dans la documentation Xagyl et les réels échanges entre le drivers Indi et la roue.

Caméra QHY178 Coldmos fixée, voici une comparaison avec les premières versions de roues à filtres manuelles (5 et 8x1,12" montés) que j'avais fabriquées.

Avancement au 06/08/2025:
En vue de l'intégration d'une option de connexion directe avec le port CFW de la caméra QHY178, j'ai "espionné" les messages envoyés par la caméra par ce port.
Problème : La caméra a un port RS232 avec des tensions de 12V, alors que l'Arduino utilise une communication TTL à 5V. J'ai utilisé avec succès un convertisseur RS232/TTL basé sur un circuit intégré MAX3232.
La caméra est connectée à Stellarmate. Le profil Ekos comprend la caméra QHY, mais pas de roue à filtre.
La communication est assurée par l'intermédiaire de la carte Arduino Uno, qui fait office de roue fictive et dont j'observe les échanges de codes ASCII avec la caméra sur la console de l'Arduino IDE.

Connexion du port CFW de la caméra QHY178 à la carte Arduino via le convertisseur RS232/TTL.

Le "handshake" a été détecté :
- Caméra: VRS (Requête de la version du firmware)
- Roue: 20250806 (date de la version au format yyyymmdd)
- Caméra: MXP (Requête du nombre maxi de positions de la roue)
- Roue: 8 (dans mon cas c'est 8, mais ça pourrait être une autre valeur)
- Caméra: NOW (Requête de la position actuelle de la roue)
- Roue: 0 (Dans mon cas, la roue s'initialise au démarrage sur la position 1. Attention: dans le protocole CFW, les positions sont numérotées 0 à n-1)

Une fois le "handshake" réussi, la roue à filtres est prise en compte directement dans le profil Indi de la caméra QHY et la sélection des filtres est active dans le menu de la caméra de Ekos.

Exemple de commande de la caméra à la roue d'aller à une position:
- Caméra: 2 (Ici, un exemple de commande de tourner jusqu'à la position 3)
- Roue: 2 (Confirmation de la roue que la position demandée est atteinte)

Je prévois donc d'ajouter à la roue :
- un connecteur RJ11,
- un un bouton sélecteur de mode de fonctionnement (pour sélection du mode de communication caméra QHY / USB),
- la partie du firmware pour la communication au protocole CFW3 avec une caméra QHY.

Avancement au 08/08/2025:
Avancée majeure : Intégration du système de visée hors axe (OAG).
- Miroir de renvoi 8x8mm pour la visée hors axe. Les dimensions du miroir sont généreuses (8x8mm).
- Fenêtre accessible de 8x6mm, ce qui est très suffisant pour une caméra de guidage classique.
- support au coulant 31,75mm pour fixation d'une caméra (version simple, sans focuser).

Avancement au 10/08/2025:
Focuser hélicoïdal "compact" modélisé, imprimé 3D, assemblé et monté sur le viseur hors axe.
Lors de l'ajustement de la focalisation de la visée hors axe, j'ai constaté qu'il était nécessaire de reculer la caméra de 1mm environ pour pouvoir avoir une mise au point à l'infini à la fois sur la caméra principale et sur la caméra de visée hors axe.
Placer une roue à filtres et un viseur hors axe entre le capteur et la baïonnette Canon, c'est vraiment au chausse-pied !

Version minimaliste mais fonctionnelle, qui convient pour le viseur hors axe et une caméra de guidage légère. Il peut être décliné en version plus lourde, par exemple pour une lunette guide.

Focuser hélicoïdal compact : Tous les perçages radiaux sont taraudés M4. Les bossage taraudés sont destinés aux vis de blocage de la rotation du vernier. Une fois le vernier inséré sur la base (à gauche), les 3 filetage inférieurs reçoivent chacun une vis en nylon qui est vissée en contact (leger) avec le fond de la rainure, puis coupées au raz du diamètre extérieur et collées avec un point de superglue.

Premier assemblage de m'ensemble Canon 200 f:2.8 + roue à filtre et OAG maison +focuser EAF, ici avec une caméra QHY178 Couleur :

Setup autour d'un objectif Canon 200 f:2.8. La caméra de viséée hors axe est raccourcie au maximum (même le filtre IR cut est enlevé) pour que le plan de son capteur soit parafocal avec celui de la caméra principale.

Setup autour d'un objectif Canon 200 f:2.8. La caméra de viséée hors axe est raccourcie au maximum (même le filtre IR cut est enlevé) pour que le plan de son capteur soit parafocal avec celui de la caméra principale.

Avancement au 16/008/2025:
Intégration de la connectique QHY CFW :
- connecteur femelle RJ11,
- régulateur 12V / 5V (composant L7805) pour alimenter l'Arduino Nano et le driver du moteur,
- convertisseur RS232/TTL mini MAX3232.
- câble de liaison mini Din 4 broches / RJ11 mâle,
- bouton marche/arrêt pour le module mini MAX3232.

Problèmes rencontrés:
- Le module mini MAX3232 chauffe. Initialement alimenté en 5V, je suis passé à 3,3V. Il chauffe toujours, mais beaucoup moins.
- Le régulateur L7805 chauffe... beaucoup, notamment lorsque le moteur fonctionne, mais surtout lorsque le mini MAX3232 est en marche.
La chauffe lors du fonctionnement du moteur est acceptable car le moteur n'est en marche que de manière transitoire, lors du changement de filtre (il est désactivé entre deux).
En revanche, la connection et l'alimentation directe QHY/CFW requièrent un fonctionnement continu du mini MAX3232, ce qui conduit à une chauffe excessive.
J'ai bien essayé de fixer un dissipateur sur le L7805 (pièce en aluminium à l’extérieur du boitier), mais cela ne suffit pas.

Solutions envisagée:
- Remplacement du régulateur L7805 (linéaire) par un régulateur à découpage (mini360 ou MP1584) beaucoup plus efficace.
- Ajout d'un petit ventilateur.dans le compartiment.
- ouverture d'ouïes de ventilation dans le boitier du compartiment.

On peut trouver sur Youtube des vidéos intéressantes sur le choix et les performances des régulateurs à découpage envisagés :

Au vu de ces contenus, compte tenu de ses caractéristiques, de son faible échauffement et de son encombrement réduit, j'opte pour le module régulateur à découpage mini360.

Avancement au 18/08/2025: Satané backfocus de l'OAG !
La mise au point de l'OAG sur le capteur de la caméra de guidage pause problème.
En utilisant ma caméra QHY5III224 sans aucune bague ni fenêtre de sortie j'arrive à 6mm de backfocus (distance capteur/extrémité de caméra) au minimum. C'est encore trop, il y a environ 1mm de trop pour pouvoir faire une mise au point à l'infini.

Solution:
Rapprocher la surface du capteur de la caméra de 2mm, en interposant une bague de hauteur 2mm à l'arrière du pcb qui le supporte.
Cela implique :
- démontage de la caméra QHY5III224 (qui n'est plus sous garantie depuis longtemps),
- mesurage des alésages de l'emboîtement du pcb du capteur,
- modélisation et impression 3Dde la bague (Dext 24,3mm, Dint 23,4mm, h=2mm),
- ajout d'une épaisseur de 2mm au thermal pad côté envers du pcb (refroidissement par dissipation dans le corps de la caméra,
- remontage et vérification de la possibilité de visser la fenêtre IR/UV.

Ouverture de la caméra et repérage du branchement des nappes avant de les débrancher.

Bague imprimée 3D, ajout d'une épaisseur de 2mm de thermal-pad, emplacement de la bague.

Bague imprimée 3D, ajout d'une épaisseur de 2mm de thermal-pad, emplacement de la bague.

Remontage du capteur: il est 2mm plus haut ! La fenêtre se visse sans soucis et le capteur est effectivement plus proche.

Avancement au 25/08/2025:
Essais de prise de vue avec suivi par le viseur optique: mise au point réussie et suivi fonctionnel !
Amélioration de la roue à filtres :
- modification de la roue à filtres pour accueillir un roulement à bille,
- impression d'un nouveau carter et d'un nouveau capot en PETG,
- remontage du tout avec un roulement sur la roue,
- remplacement du régulateur linéaire L7805 par une alimentation à découpage Mini360,
- nouvelle version de boitier électronique et ajout d'un ventilateur 20x20x7mm : finie la surchauffe !
Remontage du tout : tout fonctionne.