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 MATERIEL WEBCAM

Mes débuts en astrophotographie : Modification d'une SPC 900NC

Pourquoi : pouvoir réaliser des pauses longues.

Attention la modification d'une webcam est une opération risquée qui peut conduire à la destruction de la caméra. Je ne présente plus la modification de la ToUCam Pro II car ce modèle n'est plus distribué et sa modification était plus risquée. Par contre, la modification de la SPC 900NC (ToUCam Pro III) est plus simple et moins risquée.

Enfin, j'ai développé la possibilité de piloter la pause longue et le amp off à partir d'une sortie USB en utilisant une carte VM110 (K8055) qui peut être achetée dans la plupart des magasins d'électronique.

Pour la pause longue, je me suis inspiré de la modification proposée par Steve Chambers

Et pour le Amp Off, de la modification proposée par Martin Burri

La modification longue pause

Pour piloter une WEBCAM en longue pose, il fallait fabriquer un petit circuit imprimé, d'un côté raccordé à la webcam, de l'autre, au port parallèle d'un PC.

Après impression d'un typon, il fallait procéder à l'insolation d'une plaque, la révélation du circuit, la gravure au perchlorure de fer et le perçage. Souder ensuite les composants ci-dessous.

IC1 = 74HC00

R1 = 100 kOhms

R2 = 10 kOhms

R3 = 470 Ohms

Pourquoi le circuit 74HC00? C'est simple, je n'ai pas trouvé les autres circuits proposés sur le net, auprès du magasin d'électronique où je m'approvisionne. Le 74HC00 est un boîtier de portes NAND.  Le Pad 8 arrive par le fil 'f 3'. Le signal est envoyé sur les 2 entrées d'une porte NAND (en haut à droite sur la figure au dessus). Cette configuration produit l'inversion du signal, autrement dit, la sortie vaut 1 quand f 3 vaut 0 et 0 quand f 3 vaut 1. La sortie de la première porte NAND est envoyée sur l'entrée de la seconde. La deuxième entrée de la seconde porte NAND est reliée au port parallèle via le fil f 9.  On voit que lorsque le niveau sur f 9 est haut, la sortie de la seconde porte NAND (f 4) reproduit le signal du Pad 8. Par contre lorsque le niveau est bas, la sortie f 4 est au niveau haut, quelque soit le niveau de Pad 8, ce qui a pour effet d'empêcher le transfert de l'image et donc produit une pause longue.

Je passe sur le démontage de la webcam, il est décrit par ailleurs. Je commence par dessouder le microphone, la LED rouge ainsi que les interrupteurs. En général, je ne fais pas dans la dentelle, je ne cherche pas à préserver ces composants lorsque je les dessoude. Toujours dans le dessoudage, j'enlève le connecteur d'alimentation USB, pour le remplacer par une rallonge USB, ce qui permet d'avoir un câble plus long que celui d'origine. En soudant le nouveau câble USB, ne pas oublier le petit noyau de ferrite sur les fils vert et rouge. J'immobilise les fils de l'USB sur la carte de la webcam avec de l'araldite.

Plus besoin de couper des pistes contrairement à la ToUCam Pro II. On a la chance que les constructeurs aient mis le processeur et le circuit D16510 sur 2 cartes différentes reliées entre elles par des connecteurs. Sur la carte où arrive le câble USB (image ci-contre), il faut souder les fils f 2 (blanc) et f 3 (vert). Il faut plier les pattes 2 et 4 de la rangée du bas en partant de la gauche et  souder les fils, comme illustré sur l'image. Il est aussi possible de couper ces pattes à la base et souder les fils au pied du connecteur.

Sur l'autre carte, celle qui porte le capteur CCD, il faut souder plusieurs fils. Le fil f 1 (rouge), amène le +5 V sur la carte pause longue et le fil 12 va vers la carte amp off. Le fil 6 (noir), amène le 0 V sur la carte pause longue et le filtre sur la carte amp off. Le fil 5 (blanc) et le fil 4 seront soudés sur la carte pause longue.

Sur un interrupteur à 2 positions, souder le fil f 11, le fil f 10 qui est relié au fil f 2 par une piste et enfin, le fil f 7 qui est relié au fil f 5 part une autre piste. Sur l'image de gauche, la position de l'interrupteur relie f 10 à f 11, ce qui a pour effet de rendre active la pause longue lorsque la prise DB 25 est connectée au port parallèle. Si l'on bascule l'interrupteur dans l'autre position, f 10 devient relié à f 7 et l'on retrouve un mode de fonctionnement normal de la webcam.

Sur le connecteur mâle DB 25, soudez le fil f 9 à la position 2. Le fil f 9 commande la pause longue. Le fil 8 est soudé sur la position 21 du connecteur DB 25, c'est le 0 V du port parallèle. Enfin, le fil f 18 commande l'abaissement de la tension d'alimentation du capteur (amp off) à la position 4 du connecteur DB25.

Si le connecteur parallèle n'est pas branché, la résistance R2 polarise l'entrée de la seconde porte NAND à + 5V, soit le niveau haut sur l'entrée E5. Il en résulte que la sortie S6 de la seconde porte NAND reproduit la valeur du Pad 8. Tout se passe comme si les fils f 3 et f 4 étaient reliés entre eux. Le transfert d'image est donc commandé par la webcam.

La modification amp off

Il était possible de réduire l'ampglow en abaissant la tension d'alimenation du capteur.

T1 = BC337

T2 = BC327

R4 = 39 kOhms

R5 = 10 kOhms

R6 = 220 Ohms

D1 = 6,2 V (diode Zener)

C1 = 10 nF

Le fil f 15 est utilisé si vous tentez de déporter le capteur. L'enlèvement du capteur sans endommager la caméra est quasi impossible par dessoudage. Le mieux est de tronçonner les pattes du capteur couleur et d'y souder des fils vers le capteur noir et blanc.

Pour le amp off, il faut couper une piste sur le capteur. La patte en bas à gauche est alimentée par une tension de 15 V. Le amp off consiste à faire baisser la tension d'alimentation grâce à la diode Zener, ce qui fait que le capteur sera alimenté sous 9V. Ceci a pour conséquence de réduire la puissance dans les amplificateurs du capteur et donc de réduire la chaleur dissipée par les amplificateurs. Les photosites du capteur sont sensibles à la chaleur, ce qui a pour effet de rendre lumineux le coin supérieur gauche des images.

Le trait rose symbolise la façon dont il faut couper la piste avec un cutter. Au préalable, on peut souder un fil sur la patte en bas à gauche du capteur (fil f 16 en dessous) et un autre fil sur la piste (fil f 17 en dessous). Pour souder sur la piste, il faut au préalable enlever le vernis. On branche alors un multimètre entre les 2 fils. Dès que le court circuit a disparu, ça signifie que la piste est coupée, il faut s'arrêter là.

Il ne reste qu'à souder le fil f 14 sur la seconde patte du capteur en bas à gauche.

On peut aussi souder les fils f 14 et f 16 sur l'autre face du circuit du capteur. Ceci permet de ne pas être gêné par les fils si on souhaite remonter le support de l'objectif de la webcam. Ce support est très pratique pour fixer la webcam dans une boîte ou sur une plaque.

Il faut torsader entre eux les fils f 16 et f 17 pour minimiser les variations de tension parasite qui font apparaître des traits horizontaux sur les images. L'ajout d'une ferrite autour des fils améliore aussi la qualité des images.

Il ne reste plus qu'à assembler le tout dans une boîte. Sur l'image, on voit le capteur et le support de l'objectif qui a été collé dans un trou au fond de la boîte. J'ai également collé un tube métallique récupéré sur un vieil oculaire, ce qui permet de visser au bout des filtres, un réducteur de focale...

La webcam ainsi modifiée fonctionne avec la plupart, des programmes pause longue comme Desire, QCFocus.

Et aussi avec un programme que j'avais développé.

Pourquoi développer un programme alors qu'il en existe déjà plusieurs? C'est simple, la plupart (tous?) des programme que j'ai testé, écrivent à chaque fois sur les 8 sorties du port parallèle, ce qui fait que l'on ne peut pas utiliser les 6 sorties libres pour faire autre chose comme piloter le télescope où une mise au point électrique. Le programme que j'avait fait n'écrit que sur 1 seule des 8 sorties sans affecter les autres.

 Dans le menu fichier, on peut sauvegarder l'image active et quitter le programme.

Dans le menu caméra, on peut connecter/déconnecter la webcam, configurer le format vidéo, régler les paramètres de la webcam (désactiver l'amplificateur images, régler la fréquence d'image à 5 fps, la vitesse d'obturation au plus lent et le gain), cocher ou non l'activation automatique de la webcam au démarrage du programme et la désactivation automatique quand on quitte le programme.

Le menu configuration est décrit en dessous.

Le menu sauvegarde auto permet de définir le répertoire de sauvegarde des images, ainsi que le préfixe du nom des images. En sauvegarde auto, un nombre, incrémenté automatiquement, complète le préfixe du nom d'image.

Dans la fenêtre contrôles, on peut régler le temps de pause, le nombre d'images à effectuer. En cochant la case Sauve Auto, les images seront sauvegardés dans la cible définie dans le menu sauvegarde auto. En cliquant sur le bouton Capture, on déclenche la série de pause.

Dans la fenêtre Réticule et Graphe, on peut faire afficher un réticule qui est redessiné après chaque image. Le réticule possède 2 réglages situés en bas et à droite de l'image. En cliquant sur le bouton Centrer, le réticule sera redessiné au centre de l'image. En cochant graph, une fenêtre apparaît. Cette fenêtre représente les courbes d'intensité des pixels à l'endroit où se situe la souris sur l'image. Cette fonction permet d'optimiser la dynamique d'intensités des images en jouant sur le gain et le temps de pause.

Dans la fenêtre focus, 2 boutons permettent de commander 2 des 8 sorties du port parallèle. Avec une circuit électronique approprié, on peut ainsi piloter un moteur en courant continu dans un sens ou dans l'autre, ce qui permet, en utilisant un réducteur d'actionner la molette de mise au point.

Enfin la fenêtre télécommande permet d'utiliser les 4 dernières sorties du port parallèle. Connectées à une interface électronique appropriée, on peut alors piloter le port auto guider d'une monture de type EQ6 pour centrer une image depuis le programme.

 Il peut être nécessaire d'ajuster les cases 'Retard' afin de minimiser le nombre d'images perdues en mode pause longue. On configure les sorties du port parallèle en cochant les boutons. En général, la pause longue est sur la sortie d0 (pin 2 du connecteur DB25) et la commande amp off sur la sortie d3 (pin 4 du connecteur DB25). Il faut veiller à ce que les commandes n'utilisent pas la même sortie.

Pilotage par port USB

Pour simuler un port parallèle, j'ai utilisé une carte VM 110 (K8055). Vous pouvez acheter cette carte dans les magasins d'électronique ou sur le net. Elle existe en 2 versions avec les composants à souder (moins cher) ou avec les composants déjà soudé. Cette carte comporte 8 sorties digitales en collecteur ouvert, 5 entrés digitales, 2 sorties et 2 entrées analogiques. Ce sont les sorties digitales qui nous intéressent. Malheureusement, elles sont en collecteur ouvert, ce qui nécessite d'ajouter des résistances. Par ailleurs, leur niveau bas est de 0,6 V, ce qui ne permet pas de les utiliser simplement pour piloter des transistors tels que sur le circuit amp off. Il faut ajouter d'autres résistances pour former un pont diviseur et réduire suffisamment la tension pour piloter les transistor.

En cliquant sur l'image, vous pouvez télécharger le fichier au format TCI. Ce fichier vous permet d'imprimer un typon sur papier calque à l'aide du logiciel TCI. Ce Logiciel est gratuit et peut être téléchargé sur le net. Avant impression sur papier calque, réglé votre imprimante sur la résolution maximale pour que l'impression se fasse à la bonne échelle. Cochez 'En Noir (pour typons)', sélectionnez 'Coté soudures' et imprimez. Procédez ensuite à l'insolation de votre plaque, la révélation du circuit, la gravure au perchlorure de fer et le perçage. Soudez ensuite les composants ci-dessous.

R07 = 330 Ohms

R11 = 330 Ohms

R12 = 100 Ohms

R13 = 330 Ohms

Les autres résistances ne sont pas définies. Ca dépend de ce que vous voulez mettre sur les autres sorties. Dans l'image en dessous, je n'ai pas mis de résistances.

Le fil p 21 est branché sur la position 21 du DB 25, p 2 et p 4 sont branchés respectivement sur les positions 2 et 4 du connecteur DB 25. Le fil GND est branché sur la position GND du bornier à vis. Enfin, il faut amener le + 5 V sur cette carte et sur la position CLAMP du bornier à vis.

Sur l'image, on voit 2 fils rouges. Je récupère le + 5 V sur les cavaliers SK2 et SK3. Normalement, ces cavaliers servent à alimenter les 2 potentiomètres utilisés pour simuler les entrées analogiques. Les cavaliers sont montés perpendiculairement à leur position normale, de sorte qu'ils récupère le + 5V sans alimenter les potentiomètres.

Les cavaliers SK5 et SK6 sont en place, ce qui signifie que l'adresse de la carte est 0.

Sur la droite, on voit le connecteur USB qui sert au pilotage de la pause longue et du Amp Off. Sur la gauche, on voit le connecteur DB 25 qui part à la webcam.

J'ai développé une variante de mon programme de capture qui utilise la dll de pilotage de la carte VM 110. La carte VM 110 est livrée avec une DLL : K8055D.dll. Il convient de la mettre dans le même répertoire que le programme que vous aurez décompressé. La dll peut aussi être chargée sur le site de Vellemann sous la rubrique K80.

La différence majeure avec la version décrite plus haut concerne la zone Configuration adresse USB. Les cases à cocher permette de définir l'adresse de la carte VM 110 en fonction de la configuration des cavaliers SK5 et SK6. Si l'on vient de modifier l'adresse, il faut cliquer sur le bouton Activer.