Plne vybavená vonkajšia bezpečnostná kamera založená na Raspberry Pi: 21 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Ak máte neuspokojivé skúsenosti s lacnými webkamerami, ich zle napísaným softvérom a/alebo nevhodným hardvérom, môžete si ľahko postaviť poloprofesionálnu webovú kameru s Raspberry Pi a niekoľkými ďalšími elektronickými komponentmi, na ktorých je ľahké nájsť spustiteľnú a bezplatnú PiWebcam -odolný softvér, ktorý sa vo výkonnej a plne funkčnej webovej kamere zmení jediným kliknutím na zariadenie.

Krok 1: Inšpirácia

Po boji proti obmedzenému softvéru väčšiny lacných bezpečnostných kamier na trhu (napr. Zlé nočné videnie, nejasná aplikácia pre konfiguráciu, žiadne offline nahrávanie, nepresná detekcia pohybu atď.) Som sa rozhodol postaviť niečo sám a Raspberry Pi Pozrel sa mi na najvhodnejšiu platformu.

Aj keď už existuje veľký počet projektov na použitie Raspberry Pi ako webovej kamery, osobne ich považujem za príliš zložité a vo všeobecnosti ide skôr o ad-hoc riešenia pre pokročilých používateľov než o konečné produkty.

Napriek tomu sa väčšina z nich zameriava iba na softvér a nie na hardvér, čo je pre prípad použitia bezpečnostnej kamery rovnako dôležité.

Krok 2: Hardvér

Na stavbu vnútornej webovej kamery by v pohode fungoval jednoduchý Raspberry Pi (akýkoľvek model) a pripojená kamera (akýkoľvek model) s IR LED diódami na nočné videnie. S touto kombináciou je už k dispozícii veľa súprav, takže ak je to to, čo chcete dosiahnuť, kúpte si jednu z nich a prejdite na krok 12.

Ten istý hardvér by sa však nehodil pre vonkajšiu kameru: obrázok nasnímaný z infračervenej kamery Raspberry mimo vášho domu by vyzeral väčšinou ružovo (vzhľadom na to, že fotoaparát zachytáva infračervené svetlo) a s malým out-of-the -box IR LED diódy, ktoré by ste nevideli nič nad 3 metre / 1 meter.

Na vyriešenie prvého problému potrebujeme niečo, čo sa nazýva mechanický IR CUT filter, ktorý vám v zásade dáva späť skutočné farby v dennom svetle, ale napriek tomu umožňuje zachytiť IR svetlá v noci. Väčšina zariadení na trhu má dva vodiče: jeden krátky impulz na jednom vodiči presunie infračervený filter pred snímač (denný režim), jeden krátky impulz na druhom vodiči odstráni filter (nočný režim). Obvykle fungujú medzi 3v a 9v a ak sú pripojené k našej Raspberry, môžeme mať plnú kontrolu nad tým, kedy prepnúť nočný režim. Filter IR Cut však nemožno ovládať priamo z kolíka Raspberry, pretože mechanická časť v ňom vyžaduje oveľa viac prúdu, ako je ten, ktorý môže Pi dodať. Obídeme to pomocou mostíka H napájaného 5V Raspberry a ovládaného dvoma kolíkmi.

Na vyriešenie druhého problému by sme potrebovali výkonnejšiu dosku IR LED, aby sme dosiahli slušné nočné videnie. Uprednostňujú sa dosky s menším počtom, ale väčších LED diód, pred tabuľkami s veľkým počtom malých LED diód. Väčšina dosiek na trhu má tiež pripevnený LDR (Light Dependent Resistor), ktorý slúži na určenie, kedy zapnúť LED diódy, ak sú tmavé. Obvykle fungujú na 12 V a majú malú zástrčku (označenú „IRC“), ktorú je možné použiť na pripojenie infračerveného filtra. Prostredníctvom tejto zástrčky však nie je vysielaný žiadny impulz, ale v noci (LED diódy svieti) dôjde k (spravidla) poklesu napätia 5 V medzi vodičmi a zemou. Ak pripojíme jeden z drôtov k našej Raspberry a monitorujeme signál kolíka, môžeme určiť, či vstupujeme do nočného režimu alebo z neho odchádzame (čo presne robí PiWebcam)

Posledná posledná vec, ktorú je potrebné zvážiť v súvislosti s hardvérom, je spôsob napájania Raspberry Pi. Pretože máme napájanie 12 V a na napájanie Pi potrebujeme 5 V, je potrebný regulátor napätia.

Krok 3: Softvér

Myšlienkou PiWebcam bolo poskytnúť výkonnú zobrazovaciu platformu pre každého, bez ohľadu na jeho predchádzajúce znalosti. O úplnú konfiguráciu systému s primeranými predvolenými nastaveniami sa postará inštalačný skript, ktorý umožní užívateľovi prispôsobovať sa prostredníctvom čistého a mobilného webového rozhrania iba veľmi obmedzeným počtom relevantných parametrov. Napriek tomu, vďaka svojej výkonnej funkcii detekcie pohybu, rozšírenej o schopnosti rozpoznávania objektov poháňané modelom umelej inteligencie, dokáže PiWebcam upozorniť užívateľa na akýkoľvek detekovaný pohyb zaslaním snímky príjemcovi e-mailu alebo zverejnením obľúbeného kanála Slack používateľa.

• Stránka projektu:
• Používateľská príručka:

Krok 4: Kusovník

Nasledujúci zoznam materiálov je určený pre vonkajšiu webovú kameru postavenú v tomto návode:

• Raspberry Pi Zero W
• Kamera Raspberry Pi (akýkoľvek model, tento obsahuje infračervený filter)
• Kábel kamery Raspberry Pi Zero
• Vodotesný kryt fotoaparátu (akýkoľvek model, do ktorého by sa malina hodila)
• Karta SD (odporúča sa 16 GB)
• IR LED doska (akákoľvek doska, ktorá sa zmestí do krytu kamery)
• IR Cut filter (iba ak ešte nie je zabudovaný vo fotoaparáte)
• Regulátor 12V - 5V (uistite sa, že je to regulátor dolára, ktorý môže poskytnúť najmenej 1A)
• Zástrčka Micro USB Male
• Zásuvka 12V
• Napájanie 12V 3A
• H-most
• Žena-žena Dupont cales

Krok 5: Príprava komponentov

Buck prevodník (regulátor napätia) je zodpovedný za konverziu napájania 12 V na 5 V, ktoré Raspberry Pi vyžaduje. Väčšina komponentov na trhu je nastaviteľná (napr. Výstupné napätie môžete zmeniť otočením skrutky). Pretože vo webovej kamere môže dôjsť k náhodnému posunutiu skrutky, aby sa zaistil pevný a konštantný výstup 5 V, vložte do otvoru 5 V trochu cínu, aby sa spojili obidva okraje a odrezal drôt na doske plošných spojov (nožom), ktorý prechádza do „ADJ“(vľavo hore na obrázku)

Keďže chceme mať cez Raspberry plnú kontrolu nad IR Cut filtrom (bez ohľadu na to, či je filter vložený vo fotoaparáte ako na obrázku), musíme sa zbaviť malého konektora. Odstrihnite dva vodiče a ku každému vodiču pripojte duplexný kábel. Nevyhadzujte malú zástrčku, pretože ju musíme použiť na získanie stavu LDR namontovaného na IR LED doske. Na jeden z dvoch káblov pripojte ďalší duplexný kábel (nezáleží na tom).

Krok 6: Pripojte IR dosku k napájaciemu zdroju

Začnime pripojením 12 V zdroja napájania vstupujúceho do nášho holého krytu kamery k komponentom.

K zápornému (čiernemu) vodiču pripojte nasledujúci kábel:

• Záporný vodič dosky IR LED
• Negatívny vodič prevodníka dolárov
• Negatívny vodič k USB konektoru

Pripojte k kladnému (červenému) vodiču nasledujúci kábel:

• Pozitívny (12 V) vodič dosky IR LED
• Vin drôt prevodníka dolára

Krok 7: Zapnite Raspberry Pi

Pripojte Vout vodič prevodníka Buck k zástrčke USB, ktorá napája malinu.

Po pripojení všetkých drôtov ich spájkujte alebo len pevne zafixujte izolačnou páskou.

Krok 8: Pripojte IR Cut Filter

Pretože IR Cut filter nie je možné ovládať priamo z kolíka Raspberry, použijeme H-Bridge napájaný 5V pinom Raspberry a ovládaný dvoma pinmi.

• Pripojte kolík 4 (5v) maliny k „+“H-mostíka
• Pripojte kolík 5 (GND) maliny k „-“H-mostíku
• Pripojte kolík 39 (BCM 20) maliny k INT1 H-mostíka
• Pripojte kolík 36 (BCM 16) maliny k INT2 H-mostíka
• Pripojte dva vodiče infračerveného filtra k MOTOR1 a MOTOR2 alebo k H-mostíku

Týmto spôsobom, keď bude impulz odoslaný napr. kolík 39, 5v bude dodaný k MOTORU 1, čím dôjde k prepnutiu filtra.

Krok 9: Pripojte IR LED dosku k Raspberry

Aby sme vedeli, kedy sa stmieva, využívame LDR namontovaný na doske IR LED. V predchádzajúcich krokoch použite malú zástrčku vyrezanú z IR filtra, jednu stranu zapojte do konektora označeného „IRC“dosky IR LED a druhú do kolíka 40 (BCM 21) maliny.

Krok 10: Namontujte kameru na infračervenú LED dosku

Pripevnite kameru na vyhradený slot na doske IR LED pomocou izolačnej pásky alebo iným spôsobom. Čo je potrebné vziať do úvahy v tejto fáze:

• Doska IR LED sa pri zapnutí veľmi zahrieva, preto fotoaparát náležite chráňte;
• Zaistite, aby sa do otvoru, kde je umiestnená kamera, nedostalo žiadne infračervené svetlo; Odraz infračerveného svetla je jedným z najčastejších dôvodov, prečo je nočné videnie zlé (rozmazané);
• Zaistite, aby medzi objektívom a sklom puzdra fotoaparátu zostal určitý priestor, inak by mohlo dôjsť k odrazu alebo skresleniu obrazu;

Ešte NEZATVÁRAJTE kryt kamery:-)

Krok 11: Možnosť 1 - Nahrajte vopred nakonfigurovaný obrázok PiWebcam (odporúča sa)

• Stiahnite si najnovší obrázok PiWebcam (PiWebcam_vX. X.img.zip) z
• Rozbaľte súbor Zapíšte obrázok na kartu SD (https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/)
• Pripojte kartu SD k svojmu Raspberry Pi a zapnite ho
• Zariadenie začne fungovať ako prístupový bod
• Pokračujte v úlohách po inštalácii

Krok 12: Možnosť 2 - Vytvorte obraz PiWebcam

Vytvorenie obrazu PiWebcam vyžaduje novú inštaláciu Raspbian a karty SD. Nepoužívajte znova existujúcu inštaláciu, ale začnite úplne od začiatku:

• Stiahnite si operačný systém Raspbian Stretch Lite
• Zapíšte obrázok na kartu SD (napríklad pomocou programu Win32 Disk Imager)

Krok 13: Možnosť 2 - Skopírujte PiWebcam na kartu SD

Stiahnite si najnovšie vydanie programu PiWebcam (PiWebcam_vX. X.zip), rozbaľte a skopírujte adresár „PiWebcam“do zavádzacieho oddielu.

Pre bezhlavé nastavenie umiestnite do zavádzacieho oddielu aj prázdny súbor s názvom „ssh“a „wpa_supplicant.conf“s konfiguráciou siete. Týmto spôsobom sa Raspberry začne pripájať k vašej sieti WiFi po spustení a nebudete vôbec potrebovať kábel HDMI, ale môžete sa k nemu pripojiť priamo prostredníctvom SSH.

Krok 14: Možnosť 2 - Zapnite Raspberry a pripojte sa k nemu

Pripojte kartu SD k svojmu Raspberry Pi, zapnite ju a pripojte k nej klienta SSH (alebo PuTTY v systéme Windows):

• Názov hostiteľa: raspberrypi.local
• Používateľské meno: pi
• Heslo: malina

Krok 15: Možnosť 2 - Konfigurujte systém pre PiWebcam

Po zaistení pripojenia Raspberry k internetu spustite nasledujúci príkaz:

sudo /boot/PiWebcam/PiWebcam.sh nainštalovať

Tým sa úplne nakonfiguruje systém a nainštalujú sa požadované závislosti.

Na konci inštalácie budete požiadaní o reštartovanie zariadenia, aby boli zmeny plne účinné. Všetky prihlasovacie údaje budú zhrnuté na obrazovke.

Upozorňujeme, že posledných 6 znakov je náhodných (napr. PiWebcam-e533fe) a líši sa od zariadenia k zariadeniu.

Krok 16: Úlohy po inštalácii - Pripojte sa k prístupovému bodu WiFi PiWebcam

Po zapnutí začne zariadenie fungovať ako prístupový bod.

Pripojte sa k sieti WiFi vytvorenej zariadením. Prístupová fráza siete a heslo správcu (pre webové rozhranie aj pre SSH) sú rovnaké ako SSID (napr. PiWebcam-XXXXX). Nasmerujte svoj prehliadač na https://PiWebcam.local a overte ho pomocou používateľského mena „admin“a hesla rovnakého názvu siete.

Krok 17: Pripojte webovú kameru k sieti WiFi

Chcete pripojiť webovú kameru k existujúcej sieti Wi -Fi, prejdite na položku Zariadenie / Sieť, vyberte položku „WiFi klient“a zadajte „sieť WiFi“a „prístupovú frázu“.

Počkajte 1 až 2 minúty, pripojte sa späť k sieti a nasmerujte prehliadač na adresu https://camera_name.your_network (napr. Http: //PiWebcam-e533fe.local)

Krok 18: Zatvorte puzdro webovej kamery

Keď sa testovalo, že na webovú kameru sa dá dostať prostredníctvom siete, a vykonala sa základná konfigurácia uvedená v predchádzajúcom kroku, je načase prípad uzavrieť.

Krok 19: Začíname s PiWebcam

PiWebcam už prichádza s rozumnými predvolenými nastaveniami. Po inštalácii nie je potrebná žiadna dodatočná konfigurácia; PiWebcam začne vytvárať snímky a nahrávať videá bez ohľadu na to, či je pripojené k sieti alebo nie.

Celú konfiguráciu zariadenia (kamera, sieť, nastavenia upozornení a systému) je možné vykonať prostredníctvom webového rozhrania. Konfiguračný súbor je možné ľahko exportovať a importovať v rámci zariadenia / systému.

Keď je detekovaný pohyb, PiWebcam začne nahrávať video (ktoré bude potom dostupné v ponuke „Prehrávanie“webového rozhrania). Hneď ako už nebude žiadny pohyb, bude uložený aj obrázok zvýraznený červeným rámčekom. Ak je povolená funkcia detekcie objektu, každý pohyb, ktorý neobsahuje konfigurovaný objekt, bude ignorovaný, aby sa znížili falošné poplachy (napr. Ak je detekovaný pohyb, ale nie je identifikovaná žiadna osoba).

Keď sú povolené upozornenia, snímka sa odošle na e-mailovú adresu používateľa a/alebo sa zverejní na nakonfigurovanom kanáli Slack. Ak internetové pripojenie nie je k dispozícii, upozornenie sa zaradí do frontu a uvoľní sa pri ďalšom obnovení pripojenia.

Podrobný súhrn všetkých dostupných nastavení je uvedený na stránke projektu.

Krok 20: Vzdialený prístup na internet

K webovému rozhraniu sa voliteľne dostanete z internetu bez ďalšej konfigurácie vo vašej sieti alebo domácom smerovači. Ak chcete povoliť túto funkciu, začiarknite príslušné políčko v časti Zariadenie / Sieť.

Ak je povolený vzdialený prístup na internet, zariadenie spustí tunel SSH prostredníctvom servera servo.net bez toho, aby ste museli vo svojom smerovači konfigurovať NAT alebo UPnP. Názov zariadenia sa používa ako názov hostiteľa a sú odhalené webové aj ssh služby.

Krok 21: Technické detaily

Všetky súbory PiWebcam sa nachádzajú v zavádzacom oddiele karty SD, v adresári s názvom PiWebcam. To zahŕňa jeden súbor bash, PiWebcam.sh a stránky PHP pre panel správcu.

Počas procesu inštalácie sa vykoná veľmi základná konfigurácia systému, vytvorí sa obraz initramfs a skript PiWebcam.sh sa pridá do súboru /etc/rc.local, aby sa mohol vykonať pri štarte s parametrom „configure“.

Pri prvom reštarte obraz initramfs zmenší koreňový oddiel (predtým rozšírený tak, aby vyplnil celú kartu SD inštalátorom Raspbian) a hneď potom vytvorí dátový oddiel.

Spúšťací aj koreňový súborový systém sú pripojené len na čítanie a prekrývajúci súborový systém je vytvorený obrazom initram na koreňovom súborovom systéme, takže každá zmena systému je uložená iba v pamäti a stratí sa pri nasledujúcom reštarte. Týmto spôsobom bude zariadenie odolnejšie voči chybným konfiguráciám, bude ho možné ľahko obnoviť na továrenské nastavenia a bude schopné prežiť pri akomkoľvek výpadku napájania, pretože počas normálnej prevádzky sa na kartu SD nikdy nezapisujú žiadne systémové súbory. Dátový súborový systém je namiesto toho formátovaný systémom F2FS (Flash-Friendly File System), ktorý zohľadňuje charakteristiky pamäťových zariadení založených na flash pamäti.

Pri štarte PiWebcam načíta konfiguračný súbor uložený na /boot/PiWebcam/PiWebcam.conf, nakonfiguruje systém, kameru, sieť a upozornenia na základe tam nájdených nastavení a nasadí webové rozhranie z/boot/PiWebcam/web do webové koreňové umiestnenie.

Filmy aj filmy sú uložené v dátovom systéme súborov a zoskupené do priečinkov podľa roku/mesiaca/dňa/hodiny, aby bol uľahčený prístup. Všetky záznamy je možné prezerať prostredníctvom webového rozhrania s moderným indexovačom súborov h5ai, ktorý umožňuje príťažlivým spôsobom zobrazovať súbory a adresáre a poskytovať ukážky obrázkov a videa bez toho, aby ste si museli vopred sťahovať obsah.

Keď je detekovaný pohyb, PiWebcam.sh sa vyvolá pomocou parametra „upozorniť“prostredníctvom udalosti pohybu on_picture_save/on_movie_end. Ak je na ďalšiu analýzu obrazu povolená detekcia objektov, obrázok sa odošle spoločnosti Clarifai, aby rozpoznal všetky objekty v obraze. To by fungovalo skvele na zníženie falošných poplachov, napr. ak vás zaujíma, či vám vo vašom dome niekto kradne, a nielen náhla zmena svetla.

Potom PiWebcam skontroluje, či je k dispozícii internetové pripojenie, a ak áno, odošle upozornenie. Okrem tradičných e-mailových upozornení odosielaných pomocou ssmtp s pripojeným detekovaným filmom môže PiWebcam tiež nahrať ten istý obrázok na kanál Slack. Ak nepoznáte Slacka, pozrite sa na to (); je to skvelý nástroj na spoluprácu, ale dá sa použiť aj na vytvorenie skupiny venovanej vašej rodine, udelenie prístupu vašim rodinným príslušníkom, chatovanie s nimi a umožnenie nástrojom PiWebcam alebo Home Automation (napríklad eGeoffrey), aby tam zasielali aktualizácie. Ak nie je k dispozícii internetové pripojenie, upozornenie sa nestratí, ale je zaradené do frontu a odoslané po obnovení pripojenia.

Funkcia aktualizácie je poskytovaná aj prostredníctvom webového rozhrania.