AutoSat

Automatische Satelliten-Ausrichtung mit Echtzeit-Tracking für kleine Flachantennen/Schüsseln (35–40 cm) – hält den Satelliten auch während der Fahrt im Fokus. Für Boote, Wohnmobile, Caravans.

Ziel: DIY statt teure kommerzielle Systeme. Selbstgemacht ist wissen was drin ist und bezahlbar.

Status: 🔧 Prototyp in Betrieb – Feinabstimmung läuft

---

Konzept

Astra 19.2°E ist geostationär – steht fest am Himmel. Bewegt sich das Boot (dreht, schaukelt), muss die Schüssel nachgeführt werden – aktiv, auch während der Fahrt.

Die Plattform dreht sich auf einer Drehachse (Azimut), ein Servo kippt die Schüssel (Elevation). Ein IMU mit Kompass und Gyroskop misst die aktuelle Ausrichtung; die Firmware berechnet daraus den Fehler und korrigiert ihn.

Tracking-Ansatz: absolutes Azimut-Tracking über Kompassheading. Die Plattform wird einmalig nach Süden ausgerichtet (Kalibrierung), danach kennt das System jederzeit die absolute Schüsselrichtung:

Schüsselrichtung = Kompass-Heading + Motorposition + Montageoffset
Fehler = Ziel-Azimut − Schüsselrichtung

Elevation wird einmalig kalibriert (Servo-Winkel bei Satellitensignal gespeichert) und im Tracking per IMU-Achse für Boots-Neigung korrigiert.

---

Hardware (aktueller Aufbau)

#	Komponente	Funktion	Link
1	ESP32-C3 SuperMini	Steuerung, WiFi Access Point	Amazon
2	GY-91 (MPU-6500 + BMP280)	Gyroskop + Beschleunigung (Pitch/Roll/Yaw)	Amazon
3	GY-271 (HMC5883L)	Magnetometer / Kompass	Amazon
4	TMC2209 Schrittmotortreiber	Azimut-Motor, UART-Ansteuerung, StealthChop	Amazon
5	NEMA17 Schrittmotor	Azimut-Antrieb, Zahnradübersetzung 2:1	Amazon
6	MG996R Servo	Elevation-Antrieb	Amazon
7	GT2-Riemen + Umlenkrolle	Kraftübertragung Azimut-Antrieb	Amazon
9	Drehlager für Plattform	Zentrale Drehachse	Amazon
10	Schleifring 6-polig	Strom- & Signalübertragung über die Drehachse (verhindert Kabelwicklung)	Amazon
11	DC-DC Konverter 12V → 5V	Bordnetz-Versorgung für Servo und ESP32	Amazon

Spannungsversorgung und Kleinmaterial (Kabel, Stecker, Dupont) nach eigenem Bedarf.

Pin-Belegung

Pin	Funktion
GPIO2	STEP (TMC2209)
GPIO4	DIR (hardwärts verkabelt, ungenutzt – Richtung via UART)
GPIO5	Servo (MG996R, PWM)
GPIO6	I2C SDA (MPU-6500, HMC5883L)
GPIO7	I2C SCL
GPIO8	TMC2209 UART TX (= LED-Pin, flackert bei Richtungswechsel)
GND	TMC2209 ENABLE (fest LOW = immer aktiv)

Wichtige Hardware-Eigenheiten

• ESP32-C3 ist Single-Core (RISC-V): noInterrupts() blockiert auch den WiFi-Stack. Gelöst durch minimale Interrupt-Blackouts (nur Adresse 3 ansprechen, ~8 ms) + yield() danach.
• TMC2209 UART-Adresse = 3: Bei 1/16-Mikroschritt sind MS1=HIGH, MS2=HIGH → UART-Adresse = 2·MS2+MS1 = 3. Adresse 0 wäre falsch.
• NEMA17 Resonanzzone: 80–300 Vollschritte/s → bei 16× Mikroschritt Mindest-Delay 800 µs/Schritt (= 39 Vollschritte/s).
• Richtungssteuerung per UART: DIR-Pin wird vom IC ignoriert; Richtung läuft über GCONF.shaft-Bit (Register 0x00).

---

Software-Architektur

Firmware (firmware/firmware.ino + firmware/webportal.h)

IMU-Filter:

• Pitch/Roll: Komplementärfilter, α=0.98 (Gyro + Beschleunigungssensor)
• Yaw/Heading: dynamisches α – bei Drehung 0.97 (Gyro dominiert), bei Stillstand 0.85 (Kompass zieht Drift heraus)
• Tilt-kompensiertes Magnetometer-Heading (Pitch/Roll-Korrektur)

Azimut-Tracking:

• Absolut: dishAz = heading_yaw + currentSteps/STEPS_PER_DEGREE + azMountOffset
• azMountOffset wird einmalig bei Süd-Kalibrierung gesetzt und in NVM gespeichert
• Soft-Limits: ±180° × STEPS_PER_DEGREE (nach Kalibrierung dynamisch gesetzt)

Elevation-Tracking:

• Referenz-Servo-Winkel (servoCalAngle) einmalig kalibriert und in NVM gespeichert
• Korrektur per wählbarer IMU-Achse: +Pitch / +Roll / −Pitch / −Roll (über Portal einstellbar)
• Rampe: manuell 60 ms/° (~16°/s), Live-Tracking 12 ms/° (~83°/s)
• Servo nach Neustart deaktiviert – muss im Portal explizit freigegeben werden

Wichtige Parameter:

Parameter	Wert	Bedeutung
STEPS_PER_DEGREE	17,78	200 Schritte/U × 16× Mikro × 2:1 Übersetzung
STEP_DELAY_TRACK	300 µs	Tracking-Schrittgeschwindigkeit
STEP_MAN_MIN	800 µs	Minimaler manueller Delay (Resonanz vermeiden)
TMC IRUN	25 % (IRUN=8)	Motorstrom Fahren
TMC IHOLD	6 % (IHOLD=2)	Motorstrom Halten

---

Web-Portal

Der ESP32-C3 öffnet einen WiFi Access Point (AutoSat). Portal unter 192.168.4.1.

Tabs:

Tab	Inhalt
Status	Tracking starten/stoppen, Süd-Referenz setzen, Azimut-Kalibrierung
Elevation	Servo freigeben, manuell positionieren, MIN/MAX setzen, kalibrieren, Achse wählen
GPS/Sat	Koordinaten, Satelliten-Längengrad, Azimut/Elevation-Anzeige
Motor	Manuelle Azimut-Schritte, Motor-Test, Step-Limits setzen
WiFi	WLAN-Client konfigurieren (optional, für MQTT/Internet)
Debug	Live-Rohdaten IMU, Heading, Fehlerwinkel, Loop-Hz

---

Kalibrierung (Erstinbetriebnahme)

1. Azimut – Süd-Referenz setzen

1. Plattform physisch nach Süden drehen (Kompass-App oder Markierung)
2. Portal → Status → „Süd-Referenz setzen"
3. Firmware setzt: currentSteps = 0, Soft-Limits ±180°, azMountOffset aus aktuellem Kompasswert
4. Einmalig – wird in NVM gespeichert, gilt für alle Neustarts

2. Elevation – Servo kalibrieren

1. Portal → Elevation → „Servo aktivieren" (Servo fährt auf gespeicherte Position)
2. Servo manuell mit ±1°/±10°-Buttons auf Satellitensignal ausrichten
3. Portal → Elevation → „Kalibrieren & speichern"
4. Dieser Servo-Winkel wird als Referenz gespeichert

3. Elevation-Korrekturachse wählen

1. Tracking starten
2. Boot seitlich kippen → Schüssel muss in die richtige Richtung nachkorrigieren
3. Falls falsch: Portal → Elevation → anderen Achsen-Button (+Pitch / +Roll / −Pitch / −Roll) probieren

4. Tracking starten

1. Portal → Status → „Tracking starten" (kalibriert Gyro-Offset für ~2,5 s)
2. System hält Astra 19.2°E automatisch im Fokus

---

Ablauf nach jedem Neustart

1. ESP32 startet, WiFi-AP AutoSat verfügbar
2. Servo ist deaktiviert – keine automatische Bewegung
3. Portal öffnen → Elevation → „Servo aktivieren" → Servo fährt auf kalibrierten Winkel
4. Portal → Status → „Tracking starten"

Azimut-Motor startet sofort an der gespeicherten Step-Position aus dem letzten Betrieb (NVM).

---

Repo-Struktur

AutoSat/
├── README.md
├── firmware/
│   ├── firmware.ino               ← Haupt-Firmware (IMU, Motor, Tracking, NVM)
│   └── webportal.h                ← Web-Portal (HTML/CSS/JS + HTTP-Handler)
├── docs/
│   ├── bedienung-webportal.md     ← Bedienung & Kalibrierung über das Web-Portal
│   └── schaltplan.md              ← Schaltplan & Verdrahtung aller Komponenten
└── 3D-Print-Parts/
    ├── Autosat-Elevation_Mount.stl  ← Halterung Elevation-Servo
    └── Nema17-Ground_Mount.stl      ← Grundhalterung NEMA17 Azimut-Motor

Dokumentation:

• Bedienung & Kalibrierung über das Web-Portal
• Schaltplan & Verdrahtung

---

NVM-Schlüssel (Preferences, Namespace "autosat")

Schlüssel	Typ	Bedeutung
steps	Long	Letzte Motor-Position
azMntOff	Float	Azimut-Montageoffset (Süd-Kalibrierung)
azMin / azMax	Long	Azimut Soft-Limits in Steps
srvCalAng	Int	Kalibrierter Servo-Winkel (Elevation)
servoMin / servoMax	Int	Servo-Endpunkte
elvAxis	Int	Korrektur-Achse (0=+Pitch, 1=+Roll, 2=−Pitch, 3=−Roll)
gpsLat / gpsLon	Double	GPS-Koordinaten
satLon	Float	Satelliten-Längengrad (Default: 19.2)
azOffset	Float	Azimut-Offset für Satellitenberechnung
azMountOffset	Float	(identisch mit azMntOff, älterer Schlüssel)

---

Offene Punkte

• Genauigkeit bei längerem Betrieb auf dem Wasser testen
• Kompass-Kalibrierung (Hard/Soft-Iron) implementieren
• Achsen-Transformation (cos/sin) bei bekannter Board-Montage aktivieren
• MQTT-Integration (optional)
• Gehäuse / wetterfeste Montage

---

---

Projekt unterstützen

Wer das Projekt gut findet – ich schreibe die Buch-Serie „Logbuch ohne Pose" über das Leben auf dem Boot, ehrlich und ungeschönt. In Band 7 wird AutoSat eine Rolle spielen.

👉 Logbuch ohne Pose – bei Amazon

Mit dem Kauf eines Bandes oder der ganzen Serie unterstützt du die Weiterentwicklung direkt. Danke! ⚓

---

Lizenz

Dieses Projekt steht unter der GNU General Public License v3.0 (GPL-3.0).

Das bedeutet: Du kannst den Code frei verwenden, verändern und weitergeben – solange Ableitungen ebenfalls unter der GPL v3 veröffentlicht werden und die Quelle angegeben wird.

Weitere Details: https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.html

---

"~50 € DIY. ~3.000 € kommerziell. Der Rest ist Physik." ⚓

🐾 Buster ist nach wie vor skeptisch.