Membuat Mount Teleskop dengan Gear Harmonic Wave Kustom dan ESP32

• Penulis membuat mount teleskop kustom menggunakan gear harmonic wave (harmonic drive) dan mikrokontroler ESP32
• Karena mount pelacak komersial yang ada sangat mahal, ia memilih untuk merancang dan membuatnya sendiri sebagai proyek DIY
• Ia menjelaskan secara rinci seluruh proses perancangan, termasuk desain dan pembuatan PCB, pemodelan 3D FreeCAD, serta pemilihan komponen
• Total biaya pembuatan sekitar 1.700 euro, dan untuk biaya per unit satuan mencapai sekitar daya saing terhadap produk komersial
• Ia juga membagikan performa pemotretan astronomi nyata dan pengalaman perbaikan melalui integrasi mount rakitannya dengan firmware OnStepX

---

Titik awal yang baru

Beberapa tahun lalu, penulis mulai tertarik pada astrofotografi setelah terinspirasi oleh kanal YouTube astrofotografi. Ia mencoba memotret Nebula Orion dengan mengambil ratusan foto berwaktu pencahayaan singkat di atas tripod, lalu menggabungkannya menggunakan perangkat lunak Siril. Namun, ia merasakan perlunya perangkat pelacak, lalu membeli tracker Move Shoot Move. Karena kesulitan mencari objek target, melakukan penyelarasan kutub, dan hasil yang masih kurang memuaskan, ia pun tertarik untuk membuat mount teleskop yang lebih serius.

Memperluas pengalaman pembuatan PCB

Pada 2024, ia kebetulan menemukan video YouTube tentang desain PCB kustom, lalu mempelajari cara menggunakan PCB fabrikasi yang rapi dan murah sebagai pengganti breadboard seadanya yang selama ini dipakai. Sebagai proyek pertama, ia membuat termostat pintar dengan ESP32, layar e-paper, dan sensor BME680. Berdasarkan pengalaman itu, ia memutuskan untuk menerapkan sendiri teknik desain dan pembuatan PCB pada mount teleskopnya.

Riset mendalam dan pemanfaatan sumber daya komunitas

Perancangannya berfokus pada adopsi harmonic drive. Dengan merujuk pada open source dari AliExpress dan berbagai komunitas DIY (HEMY, HrEM, DHEM, DIY EQ Mount V2, dan lain-lain), ia menginvestasikan banyak waktu untuk meneliti pemilihan komponen dan struktur mekanis. Ia juga mempelajari berbagai implementasi open source dan informasi komunitas terkait motor stepper/servo, kontrol FOC, SimpleFOC, dan lainnya.

Keputusan desain dan struktur

• Sumbu RA (sumbu ekuatorial) : servo motor 42AIM15 + harmonic drive Type 17 (reduksi 100:1)
• Sumbu DEC (sumbu deklinasi) : stepper MKS Servo042D + harmonic drive Type 14 (reduksi 100:1)
• Mount dan housing: menggunakan pelat Arca Swiss, kompatibel dengan wedge Move Shoot Move
• Mode operasi: GEM (ekuatorial) atau ALTAZ (horizontal-vertikal)
• Mikrokontroler: ESP32-S3
• Daya: USB-C PD hingga 24V/4A
• Kontrol motor: step/dir/en, ULN2003 + MODBUS, CANBUS
• Ekspandabilitas: pin GPIO yang tersisa diekspos ke luar

Melalui karakteristik microstep dan kontrol servo untuk masing-masing motor, ia menyederhanakan desain sekaligus meningkatkan presisi pelacakan. Dengan perubahan microstep dinamis melalui CANBUS, ia mewujudkan keseimbangan antara slew berkecepatan tinggi (perpindahan posisi) dan pelacakan presisi.

Desain PCB dan mengatasi masalah

• Mendesain PCB setengah lingkaran dengan KiCad, disusun agar pas sempurna ke dalam casing
• Menggunakan modul ESP32-S3 tanpa antena untuk memberi keleluasaan penempatan dan mengadopsi rangkaian input daya USB-C (hingga 24V)
• Memanfaatkan rangkaian open source PicoPD dan IC AP33772. Memilih konektor seri JST PH untuk mewujudkan koneksi berukuran kecil namun berkapasitas tinggi
• Saat proses penggantian IC pertama, ia mengalami kesalahan pengkabelan I2C dan malfungsi; masalah ini diselesaikan pada versi kedua dengan validasi serta penambahan banyak test point

Integrasi firmware OnStepX

Ia menerapkan firmware open source OnStepX untuk mendukung kontrol teleskop dan komunikasi WiFi. Awalnya, saat operasi slew (perpindahan titik cepat), ia mengalami masalah stabilitas karena ESP32 kelebihan beban, tetapi hal ini diatasi dengan mengurangi kecepatan slew dan beralih ke mode klien WiFi. Dengan hanya menambahkan file layout pin yang sesuai untuk OnStepX dan kode kontrol microstep dinamis, ia berhasil mengintegrasikannya tanpa modifikasi besar.

Proses manufaktur dan perakitan

Baik fabrikasi PCB maupun pemesinan logam CNC dikerjakan di JLCPCB. Dengan pilihan berani memesan CNC hanya berdasarkan gambar CAD tanpa uji cetak 3D sebelumnya, ia mendapatkan presisi komponen yang memuaskan. Meski begitu, sempat ada kesalahan desain pada cap sumbu ekuatorial, yang kemudian diselesaikan dengan spacer. Semua komponen dapat dirakit hanya dengan proses tapping M3/M4 dan pengencangan sekrup. Ia juga menekan biaya produksi melalui proses tapping manual secara langsung.

Pengalaman penggunaan di lapangan

Melalui banyak trial and error dalam penyelarasan kutub, setup, dan konfigurasi perangkat lunak (INDI, KStars, Ekos, PHD2), ia mengumpulkan pengalaman operasional nyata. Pada penggunaan awal, pemotretan sering gagal karena berbagai masalah kecil maupun besar, tetapi selama proses stabilisasi ia berhasil mencatat presisi 1~2 arcsecond — hasil yang cukup untuk eksposur 30 detik dengan lensa 600mm. Ia menggunakan Siril untuk penggabungan foto, dan juga sedang mendorong target tambahan seperti stacking multi-malam.

Biaya pembuatan dan nilai ekonomis

Total biaya sekitar 1.700 euro (= termasuk alat, hardware, dan komponen cadangan untuk riset). Jika dihitung sebagai biaya per satu unit, nilainya sekitar 800 euro. Dibandingkan mount GOTO komersial (1.200~4.000 euro), ia menilai proyek ini sangat ekonomis, meskipun baginya pengalaman membuatnya sendiri jauh lebih bermakna.

Biaya per item secara rinci (ringkasan komponen utama)

• Harmonic drive (2 unit): 144 euro
• MKS dan servo motor (masing-masing 2 unit): 73~216 euro
• Komponen CNC: 215 euro
• PCB, konektor, sekrup, alat, dan lainnya

Kesimpulan dan kesan

Ia menekankan bahwa pengalaman merakit sendiri, proses pemecahan masalah, serta pencapaian yang diperoleh dari seluruh siklus desain-produksi-verifikasi memberikan makna yang lebih besar daripada membeli produk komersial. Dari kegagalan PCB versi 1, ia belajar pentingnya verifikasi yang cermat. Ia juga memperoleh banyak pelajaran dari FreeCAD, KiCad, pemanfaatan open source, dan seluruh proses pengembangan hardware. Berkat firmware OnStepX dan sumber daya komunitas, ia membuktikan bahwa mount teleskop DIY juga merupakan proyek yang bisa dilakukan oleh orang biasa.

Membuat sendiri mount untuk melacak bintang dan benar-benar memahaminya sepenuhnya — rasa pencapaian itu sungguh sangat berharga.

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Dijelaskan bahwa kabel yang keluar dari catu daya USB-C berperan sebagai induktor, yaitu membentuk struktur filter LC yang bekerja seperti low-pass filter, sehingga kapasitor onboard diperlukan; saat motor sesaat menarik arus besar, karena sifat induktor arus tidak bisa langsung mengalir, maka kapasitor menyuplai arus terlebih dahulu, lalu setelah itu induktor perlahan mulai menyalurkan arus

• Proyek dan penjelasannya benar-benar keren, dan waktunya juga pas sekali; sejak umur 13 tahun saya tertarik pada astronomi amatir, punya beberapa teleskop, dan menghabiskan banyak waktu mengamati langit malam bersama keluarga; baru-baru ini saya mengeluarkan SCT 10 inci dan Newtonian 4 inci untuk menunjukkan Bulan dan Saturnus kepada anak saya yang berusia 7 tahun; orang tua saya juga bisa ikut melihat, jadi sangat bermakna; SCT 10 inci itu dipasang di fork mount lama tanpa fitur GOTO; saya juga sempat mengeksplorasi kelebihan GOTO, tetapi belum jadi membeli karena masih menikmati serunya mencari bintang sendiri; saya memang sudah membeli kamera pendingin khusus ZWO 585MC; di sisi lain, saya juga sering kehilangan banyak waktu hanya untuk mencari bintang; Telrad saja terasa kurang, jadi dengan pengetahuan 3D printer dan elektronik saya sempat berpikir untuk membuat mount pihak ketiga sendiri; saya juga mempertimbangkan mengganti motor ke stepper NEMA 17; saat mencari-cari begitu, saya menemukan proyek PiFinder, dan rasanya itu keseimbangan sempurna antara otomasi dan panduan manual https://www.pifinder.io/, perkembangan teknologi 3D printing dan manufaktur PCB membuat saya yakin banyak masalah seperti ini akan bisa segera terpecahkan

  • Membaca pendapat bahwa GOTO tidak menyenangkan benar-benar mengingatkan saya lagi bahwa selera orang memang beragam; saya justru paling tidak cocok dengan proses mencari objek, jadi sangat berterima kasih pada mount goto
  • Jika kamera ZWO dihubungkan ke Kstars/EKOS, software bisa memakai plate solving untuk mengetahui dengan tepat teleskop sedang mengarah ke mana, lalu menyesuaikannya sesuai itu

• Untuk satu hal soal trace sirkuit pada proyek keren ini, disebutkan bahwa trace dibuat terlalu lebar demi mendukung 24V, tetapi sebenarnya makin tinggi tegangan maka arus makin rendah sehingga justru trace bisa dibuat lebih sempit; lebar trace ditentukan oleh arus, sedangkan jarak antar-trace adalah bagian yang perlu diperhatikan terkait tegangan

  • Terkait lebar trace sirkuit, spesifikasi standar IPC-2221A bisa membantu https://www-eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/CURRENT_DESIGN/TP/MATERIALS/IPC-2221A(L).pdf
  • Setuju dengan koreksi dan penjelasan yang bagus ini

• Kutipan dari blog: "Saat menggerakkan teleskop ke target, jumlah pulsa yang dikirim ke motor menjadi sangat banyak, dan itu membebani ESP32 kecil"; saya juga mengerjakan kontrol stepper motor berkecepatan tinggi dengan presisi, dan sedikit saja pulsa hilang atau glitch sama sekali tidak bisa ditoleransi; inti MCU ada batasnya, jadi saya mengendalikannya dengan timer+DMA; pada akhirnya saya memanfaatkan fitur ACT (Advanced Control Timer) pada MCU STM32G4, karena menghasilkan bentuk gelombang arbitrer hanya dengan DMA itu mudah, sehingga timer tidak terpengaruh meski core kelebihan beban atau masuk sleep mode; belakangan saya juga mempertimbangkan PIO pada RP2350; ESP32 memang punya MCPWM, tetapi untuk membuat profil percepatan-perlambatan yang kompleks secara 100% bebas core, Anda harus memakai timer secara bertingkat atau menggunakan interrupt, yang berarti kembali bergantung pada core dan berpotensi menimbulkan glitch; ACT dari ST adalah timer independen per motor sehingga implementasinya sederhana asalkan membaca datasheet dengan baik; memakai IC driver khusus (Trimanic dan sejenisnya) juga bisa, tetapi kompleksitas software justru lebih tinggi daripada pendekatan saya

  • Setahu saya OnStepX berbasis pulsa; saya belum pernah melihat pendekatan yang memanfaatkan DMA; saya rasa di kedua sisi seharusnya mungkin untuk menggerakkan lewat mode perintah posisi melalui CANBUS alih-alih pulsa; saya melihat kemungkinan itu juga di kode OnStepX, tetapi mode pulsa terlalu mudah untuk mulai dipakai jadi saya memilih itu
  • Saat mengendalikan stepper di rp2040 saya juga sempat mempertimbangkan PIO, tetapi sulit digunakan karena keterbatasan counter 5-bit dan batas 32 instruksi; sebagai gantinya, saya memakai core kedua khusus untuk motion control, lalu mengeluarkan sinyal step/dir dengan bit-banging, dan itu cukup layak untuk profil trapezoid satu sumbu
  • Jika penasaran sejauh mana kontrol stepper dengan MCU bisa dilakukan, saya sarankan melihat firmware printer 3D Merlin; bahkan MCU AVR 8-bit kecil pun mampu menangani komputasi kompleks untuk printer delta
  • Setahu saya ESP32 juga punya RMT; saya penasaran apakah metode itu tidak dipertimbangkan

• Saya sudah memakai freeCAD selama 3 tahun, dan benar-benar kagum melihat hasil yang dibuat dalam proyek ini; saya menyukai freeCAD, tetapi jarang ada pengalaman yang begitu konsisten tidak nyaman dan menjengkelkan seperti ini

  • Saya bersyukur ada FreeCAD, tetapi ketika kompleksitas proyek meningkat, random crash benar-benar menyiksa; meski begitu, fitur yang biasanya dibutuhkan tetap bisa diwujudkan di FreeCAD jika tahu caranya; justru karena belum pernah memakai CAD lain, saya jadi menetap di freeCAD
  • Sudah 7 tahun saya melakukan modeling hobi dengan FreeCAD, tetapi untuk fitur yang baru pertama kali dipakai, pengalaman penggunanya masih terasa membuat frustrasi; saya developer FE jadi paham standar QA, dan banyak UX FreeCAD yang tidak lolos standar seperti itu; ketika saya mencari forum untuk memahami perbedaan error dan warning overconstraint, yang saya temukan justru banyak tulisan yang membela kebijakan sengaja itu atas nama performa, dan suasana gatekeeping dari para power user adalah masalah nyata; sangat butuh ahli UX yang benar-benar kompeten dan community manager
  • Saya bergantian memakai OnShape dan FreeCAD, dan sangat terkesan dengan kematangan OnShape yang terasa rapi; hanya saja, karena model yang saya beli, saya tidak bisa mengunggahnya ke free tier OnShape; di FreeCAD memang bisa dikerjakan, tetapi kalau berpikir “ini selesai dalam satu jam”, ujung-ujungnya malah begadang semalaman
  • Keberadaan FreeCAD sendiri sudah keren, dan saya berharap ia makin matang ke depan; tetapi jika ingin hasil cepat, saya merekomendasikan Autodesk Fusion free tier; mungkin ini tidak cocok bagi orang yang secara prinsip hanya memakai OSS, tetapi untuk penggunaan hobi kualitasnya bagus dan praktis tanpa banyak batasan; kadang rasanya software ditolak hanya karena bukan OSS, padahal akan lebih baik jika pilihan software dilihat lebih luas berdasarkan fungsi
  • ChatGPT dan Claude sangat membantu untuk pekerjaan seperti ini; jika softwarenya punya dokumentasi yang lumayan, AI bisa menjelaskan alur kerja langkah demi langkah dengan ramah; memang ada batasnya untuk area yang sangat khusus atau minim referensi, tetapi tetap jauh lebih cepat daripada klik sana-sini sambil menutup mata atau menonton YouTube cepat-cepat; Anda bahkan bisa memintanya membuat study guide untuk membangun konsep dasar; hanya saja, karena ada halusinasi dan kesalahan dari AI, pastikan minta link/referensi juga

• Saya sangat tertarik pada proyek memakai telescope mount untuk melakukan pengukuran presisi sendiri, misalnya astrometri planet secara mandiri; rasanya memecahkan orbit planet hanya dari pengukuran sendiri seperti menapaki kembali jalan para astronom lama seperti Kepler

  • Topik yang benar-benar menarik; melampaui hobi mengambil foto indah, saya pernah memikirkan sistem agar data observasi amatir bisa dipakai dalam penelitian; jika frame mentah tunggal beserta metadata-nya (waktu, koordinat, calibration frame, dll.) dibagikan, kita bisa secara kolektif melakukan riset ilmiah atau bahkan menghasilkan foto yang lebih indah; Vera C. Rubin Observatory di Amerika bisa memotret seluruh belahan bumi selatan hanya dalam beberapa hari; akan sangat keren jika software seperti ini berkembang menjadi array astronomi crowdsourcing global
  • Sebenarnya, untuk mengetahui posisi planet secara akurat, membandingkan foto yang diambil dengan planet di tengah terhadap koordinat tetap bintang-bintang di sekitarnya jauh lebih akurat daripada mengoreksi posisi telescope mount itu sendiri; mengkalibrasi mount dengan sempurna nyaris mustahil; pendekatan koordinat relatif terhadap bintang sangat, sangat akurat
  • Proyek menarik lainnya adalah mengukur kurva cahaya transit eksoplanet; eksoplanet yang dekat bahkan bisa diamati dari halaman rumah hanya dengan lensa foto; sebagai contoh, ada kasus observasi amatir dengan ASI178MM-c dan Canon FD 300mm https://astropolis.pl/topic/60163-wasp-10-b-w-pegazie-1270-mag-00340-mag/
  • Meski bukan sepenuhnya dari first principles, ada juga orang yang mengukur spektrum emisi bintang dengan Seestar S50 roboscope dan kisi difraksi
  • Sebagai catatan, Kepler melakukan penelitiannya memakai data observasi mata telanjang Tycho tanpa teleskop

• Proyeknya benar-benar keren; saat mendesain PCB, sepertinya komponen seperti kapasitor dan resistor yang semestinya belum dimasukkan dengan benar, dan stabilitas mikrokontrolernya jadi kurang baik; saya penasaran bagaimana orang biasanya menentukan komponen yang diperlukan seperti decoupling capacitor dan semacamnya; apakah cukup membaca datasheet lalu mengikuti semuanya begitu saja

  • Melihat datasheet itu wajib; biasanya ada contoh rangkaian wajib yang harus dirujuk; selain itu, kebiasaan baik adalah menaruh decoupling capacitor dekat pin chip, menstabilkan ground, dan mengikuti reference layout; penjelasan proses pengambilan keputusan dari engineer berpengalaman juga sangat membantu (misalnya: https://www.youtube.com/watch?v=aVUqaB0IMh4)
  • Hampir semua datasheet komponen punya rangkaian minimal dan reference design; hal-hal seperti penggunaan ground plane atau panjang jalur sinyal sering dijelaskan terpisah dalam application note
  • Saat mendesain rangkaian mikrokontroler, melihat development board yang skematiknya dipublikasikan memudahkan untuk menentukan titik awal
  • Selain memeriksa datasheet, meletakkan decoupling capacitor sedekat mungkin ke semua pin catu daya dan menjadikan satu sisi PCB sebagai ground plane biasanya menyelesaikan sebagian besar masalah

• Saya sangat terkesan dengan bagian yang memesan komponen logam CNC untuk diproduksi; saya juga desainer CAD pemula dan ingin belajar

  • Saya mendaftar ke makerspace lokal dan memakai machine shop di sana; saya mengikuti pelatihan dan sertifikasi untuk mesin CNC, lalu mencoba mendesain pelat logam sederhana untuk peralatan syuting film dalam CAD; ada generator G-code sederhana dan simulator untuk mengecek tabrakan; setiap kali saya hendak benar-benar membuatnya, selalu saja ada orang yang merusak head mesin sehingga alatnya tidak bisa dipakai, dan akhirnya saya membuatnya secara manual sehingga beberapa dimensinya tidak pas sempurna; sekarang saya menyesal tidak langsung memakai layanan CNC setelah tahu itu ada
  • Sebenarnya sangat sederhana; cukup unggah file step dan Anda bisa langsung melihat estimasi harga serta apakah bisa diproduksi https://jlccnc.com/cnc-machining-quote

• Proyeknya benar-benar keren; saya penasaran apakah biaya pembuatan PCB terutama karena assembly; kalau berdasarkan JLCPCB, board 2 layer, di bawah 100mm, finishing HASL dan opsi dasar biasanya murah, jadi apakah slot plate konektor USB menambah biaya, berapa banyak board yang dipesan untuk assembly sekaligus, seberapa besar porsi pemakaian pustaka komponen standar vs extended, seberapa jauh perbedaannya jika hanya konektornya yang disolder manual, dan apakah benar kalau ada satu saja komponen extended library maka struktur biaya picking/assembly per komponen untuk semuanya naik, sehingga meminimalkan jenis komponen jadi kunci penghematan biaya

  • Memang benar, sumber utama biaya adalah assembly; board-nya memakai JLCPCB 2 layer dengan opsi dasar, hanya warna diganti ke hitam sehingga sedikit lebih mahal; saya memesan lima buah sekaligus dan itu jumlah minimum; saya berusaha semaksimal mungkin menyesuaikan ke library standar, tetapi di luar komponen pasif ada batasnya; untuk through-hole saya tidak tahu selisih biayanya kalau saya solder sendiri, tetapi perbedaannya tidak cukup berarti untuk dipikirkan; dan benar, meminimalkan jenis komponen adalah strategi yang tepat; misalnya, jika butuh resistor 4k dan 6k, lebih menguntungkan menggabungkan lima resistor 2k

• Proyek yang sangat mengesankan; saya juga ingin membeli mount harmonic drive besar untuk scope saya, tetapi hambatan harganya terlalu tinggi; saya sudah memakai tool EKOS/Kstars/INDI dan tetap banyak trial and error; kalau ingin mengendalikan perangkat indi dari Python, saya punya kode ini https://github.com/dahlend/contindi

  • Saya penasaran motivasi apa yang membuat Anda menulis kode ini; EKOS sendiri tampaknya sudah punya fungsi scheduling yang bagus; saya juga pernah membuat TUI sambil menjalankan server INDI di mini komputer MeLE 4C https://www.svendewaerhert.com/content/blog/telescope-mount/inditui.png, lalu beralih ke server INDI headless/remote karena masalah stabilitas GNOME remote desktop; dalam waktu dekat saya juga berencana merapikan kode TUI itu dan mengunggahnya ke Github