Stanica Meteor Raspberry Pi: 17 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Cieľom tohto tutoriálu je, aby ste vytvorili plne funkčnú videokameru na detekciu meteorov, ktorú budete môcť neskôr použiť na detekciu a pozorovanie meteorov. Použitý materiál bude relatívne lacný a dá sa ľahko kúpiť v miestnom technickom obchode. Všetok softvér použitý v tomto projekte je open source a samotný projekt je open source.

Viac informácií o projekte nájdete na serveri Hackaday a na serveri Github od Chorvátskej siete meteorov.

Krok 1: Požiadavky a materiály

Použité materiály sú:

• Počítač Raspberry Pi 3
• Karta micro SD triedy 10, 32 GB úložného priestoru alebo vyššia
• adaptér na kartu micro SD
• Napájanie 5V pre RPi s maximálnym prúdom najmenej 2A
• Puzdro RPi s ventilátorom
• Chladiče
• Modul RTC (hodiny v reálnom čase) - modul RTC DS3231
• Digitalizátor videa EasyCap (čipová sada UTV007) (ostatné majú problémy s RPi)
• CCTV kamera Sony Effio 673 a širokouhlý objektív (4 mm alebo 6 mm)
• Napájanie kamery 12 V
• Kryt bezpečnostnej kamery
• Elektroinštalácia a káble
• VOLITELNÉ: Adaptér HDMI na VGA

Krok 2: Nastavenie RPi - materiály

Najprv začneme nastavením samotného RPi. Na to budeme potrebovať nasledujúce materiály:

• Raspberry Pi 3
• 3 chladiče
• Plastový box RPi s ventilátorom
• Modul RTC
• SD karta

Krok 3: Inštalácia Raspbian

Teraz budete musieť na svoju kartu micro SD nainštalovať Raspbian, operačný systém RPi. Raspbian Jessie (obrázok operačného systému, ktorý funguje s týmto aktuálnym nastavením fotoaparátu) môžete získať na tomto odkaze: Stiahnutie Raspbian

Na inštaláciu operačného systému na kartu musíte mať aj adaptér na kartu micro SD.

V prípade, že vaša karta SD nie je úplne nová, budete ju musieť pred inštaláciou Raspbian naformátovať. Návod na inštaláciu Raspbian a formátovanie karty SD nájdete na tomto linku: Inštalácia Raspbian

Krok 4: Chladiče a karta SD

Začneme prilepením chladičov k CPU a GPU dosky, ako aj k zadnej časti GPU. Najprv musíte odlepiť modrý kryt, pod ktorým je lepkavý povrch, ktorý sa pripevňuje k vyššie uvedeným jednotkám. Odlupujúca sa časť môže byť trochu zložitá, ale na odstránenie krytu môžete relatívne ľahko použiť akýkoľvek ostrý predmet.

Potom musíte vložiť kartu SD, na ktorú ste nainštalovali Raspbian, do portu karty SD na vašom RPi (umiestnenie portu karty SD nájdete v kroku 6.)

Krok 5: Zostavenie skrinky a ventilátora

Potom môžete pristúpiť k montáži škatule, v ktorej bude váš RPi. Krabica je vyrobená z plastu a je opäť zakrytá fóliou, ktorá sa ľahko odlepuje. Odporúčame vám začať zostavovať škatuľu zo strán dosky RPi, pretože potom môžete ľahko identifikovať, ktorá strana je ktorá a ako presne musí byť škatuľka poskladaná, a to rozpoznaním otvorov na bočných stranách. Potom pripevníte dno krabice. Zaistite, aby bol otvor na spodnej strane zarovnaný s GPU.

Potom môžete pripevniť hornú stranu škatule. Menšie „nohy“, ktoré vychádzajú z oboch strán hornej strany, musia byť zarovnané s malými otvormi na každej strane škatule. V tomto bode sa musíte úplne ubezpečiť, že horná časť poľa je nad poľom GPIO pinov. Pokračujte ďalej, teraz môžete pripojiť modul RTC. Je možné ho pripevniť k prvým štyrom kolíkom GPIO smerom do stredu dosky, ako je vidieť na obrázku. Teraz dokončite prácu s nastavením hardvéru vášho RPi jednoduchým pripevnením ventilátora k hornej strane dosky. Úlohou ventilátora, rovnako ako chladičov, je umožniť optimálne chladenie a výkon vášho RPi, keď je vystavený vysokému výpočtovému zaťaženiu. Ventilátor najskôr zaskrutkujte na miesto pomocou malej krížovej skrutky, pričom skrutky a logo ventilátora smerujú dovnútra škatule. Potom musí byť kábel ventilátora pripojený k pinom GPIO 2 a 3, pričom sa pozerajte smerom von z krabice. Ak sa zdá, že niektoré skrutky zasahujú do samotnej dosky a/alebo neumožňujú úplne zatvoriť škatuľu, niektoré z nich môžete samozrejme priskrutkovať tak, aby smerovali von z krabice. Ak sa zdá, že ventilátor nefunguje, skúste znova zapojiť kábel ventilátora do kolíkov alebo dokonca spájkovať voľný kábel s ventilátorom.

Krok 6: Pripojenie periférnych zariadení

V tejto časti procesu zmeníte dosku RPi na použiteľný počítač.

Na to budete potrebovať:

• VOLITELNÉ: Kábel HDMI na VGA
• myš
• klávesnica
• Monitor
• Napájacie káble monitora a RPi

Začnite pripojením monitora k vášmu RPi. Video port, ktorý RPi používa, je HDMI, takže ak nemáte kábel HDMI alebo monitor (napríklad ak máte kábel VGA), musíte si kúpiť adaptér HDMI TO VGA. Port HDMI je umiestnený na jednej zo strán jednodoskového počítača RPi. Potom môžete svoju klávesnicu a myš k RPi pripojiť prostredníctvom portov USB. Po nastavení základných vstupných a výstupných zariadení môžete RPi zapojiť do zdroja napájania pomocou adaptéra a kábla dodaného s doskou. Je dôležité poznamenať, že výkon elektriny použitej na chod RPi musí byť najmenej 2,5 A.

Krok 7: Hardvérové nastavenie fotoaparátu

V tomto kroku vykonáte hardvérové nastavenie fotoaparátu a pripojíte ho k RPI.

Na to budete potrebovať nasledujúce:

• EasyCap ADC (analógovo -digitálny prevodník) - čipová sada UTV007
• CCTV kamera Sony Effio
• Elektroinštalácia a káble

Nastavenie a konfigurácia kábla je spravidla na vás. V zásade musíte kameru pripojiť k zdroju napájania pomocou nejakého napájacieho kábla a výstupu signálu kamery do kamery. Našu konfiguráciu môžete vidieť na obrázkoch vyššie. Signálny kábel kamery budete musieť pripojiť k žltému zásuvkovému káblu EasyCap ADC. Ostatné káble EasyCap nebudú potrebné. Teraz môžete svoj EasyCap pripojiť k svojmu RPi. Pretože okolo oblasti USB slotov Pi pravdepodobne nebudete mať dostatok miesta, odporúčame vám pripojiť ADC predlžovacím káblom USB.

UPOZORNENIE: EasyCap ADC s čipovými sadami STK1160, Empia alebo Arcmicro nebude fungovať. Jediná podporovaná čipová sada je UTV007.

Krok 8: Testovanie fotoaparátu

Aby ste mohli otestovať svoju konfiguráciu, budete musieť skontrolovať signál prenášaný do vášho RPi.

Odteraz budete inštalovať všetok softvér pomocou terminálu, ktorý je používateľským rozhraním príkazového riadka. Pretože ho budete používať veľmi často, je dôležité si uvedomiť, že ho je možné otvoriť pomocou klávesovej skratky: Crtl+Alt+T.

Najprv nainštalujte mplayer cez terminál pomocou tohto príkazu:

sudo apt-get install mplayer

Toto je program na sledovanie videa z kamery.

Ďalej budete musieť spustiť mplayer. Ak máte kameru NTSC (severoamerický štandard), spustite to v termináli:

mplayer tv: // -tv driver = v4l2: device =/dev/video0: input = 0: norm = NTSC -vo x11

Ak máte kameru PAL (Európa), zadajte nasledujúce:

mplayer tv: // -tv driver = v4l2: device =/dev/video0: input = 0: norm = PAL -vo x11

Ak píšete príkazy manuálne v termináli, uistite sa, že správny znak v časti „driver = v4l2“predchádzajúceho príkazu nie je jedna ('1'), ale malé písmeno L ('l'). Dôrazne však odporúčame iba skopírovať a prilepiť príkazy pomocou Ctrl+Shift+C na kopírovanie a Ctrl+Shift+V na vkladanie príkazov do terminálu. Vďaka tomu je proces nastavenia oveľa jednoduchší a oveľa rýchlejší.

Ak je fotoaparát správne pripojený, zobrazí sa video prenos z fotoaparátu. Ak nie, znova skontrolujte predchádzajúce kroky a uistite sa, že ste ich dodržali správne.

Krok 9: Inštalácia všetkého potrebného softvéru

Ďalej budete musieť nainštalovať všetok potrebný softvér. Najprv spustite toto:

sudo apt-get aktualizácia

A inovujte všetky balíky:

sudo apt-get upgrade

Všetky systémové knižnice môžete nainštalovať pomocou nasledujúceho príkazu:

sudo apt-get install git mplayer python-scipy python-matplotlib python2.7 python2.7-dev libblas-dev liblapack-dev at-spi2-core python-matplotlib libopencv-dev python-opencv python-imaging-tk libffi-dev libssl -dev

Pretože kód používaný na detekciu meteorov je napísaný v Pythone, musíte tiež nainštalovať niektoré „moduly“Pythonu, ktoré sú v kóde použité. Najprv začnite inštaláciou pip (Pip inštaluje balíky) z terminálu:

sudo pip install -U pip setuptools

Tiež musíte najskôr nainštalovať a aktualizovať balík Numpy:

sudo pip install numpy

sudo pip -inovácia je neaktuálna

Na RPi už budete mať pip a Python, ale musíte aktualizovať na najnovšiu verziu. Nainštalujte všetky knižnice Pythonu pomocou nasledujúceho príkazu:

sudo pip install gitpython Vankúš scipy cython astropy pyephem tkať paramiko

To bude pravdepodobne nejaký čas trvať.

Krok 10: Nastavenie časového pásma a modulu RTC

Pretože presný čas hrá dôležitú úlohu pri pozorovaní a detekcii meteorov, musíte sa uistiť, že váš RPi udržuje správny čas. Najprv nastavte časové pásmo na UTC (štandardné časové pásmo medzi astronómami) pomocou nasledujúceho príkazu:

sudo dpkg-prekonfigurovať tzdata

Otvorí sa GUI, ktoré vás prevedie celým procesom. Vyberte „Nič z vyššie uvedeného“, potom „UTC“a ukončite.

Ďalej budete musieť nastaviť modul RTC tak, aby vydržal aj vtedy, keď je váš počítač vypnutý a offline. Pri nastavovaní modulu budete často požiadaní, aby ste nejakým spôsobom upravili súbor. Vykonajte to s:

sudo nano

kde nahradíte skutočnou adresou súboru. Po dokončení stlačte klávesy Crtl+O a Crtl+X.

Ak máte tiež požiadavku „komentovať“riadok kódu, urobte to umiestnením znaku # na začiatok príslušného riadka.

Na koniec súboru /boot/config.txt pridajte nasledujúce riadky:

dtparam = i2c_arm = zapnuté

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Potom reštartujte zariadenie RPi:

sudo reštart

Potom odstráňte modul falošných hodín, pretože ho už nepotrebujete:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh povoliť sudo update-rc.d falošné hwclock odstrániť

Potom komentujte riadky s -systz v súbore/lib/udev/hwclock -set.

Teraz musíte nastaviť aktuálny čas zapísaním aktuálneho systémového času do RTC a zbaviť sa nadbytočného démona NTP:

sudo hwclock -w

sudo apt-get odstrániť ntp sudo apt-get nainštalovať ntpdate

Ďalšie úpravy! Upravte súbor /etc/rc.local a pridajte príkaz hwclock nad riadok, ktorý hovorí exit 0:

spať 1

hwclock -s ntpdate -debian

Zabráňte automatickému nastavovaniu hodín na inú hodnotu úpravou súboru/etc/default/hwclock a zmenou parametra H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = č

Teraz musíte zakázať aktualizáciu systému RTC zo systémových hodín, pretože sme to už urobili, komentovaním nasledujúceho riadka v súbore /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Aktivujte hodiny RTC spustením:

sudo systemctl povoliť službu hwclock-save.service

Aby sa čas RTC aktualizoval každých 15 minút, spustíte toto:

crontab -e

a vyberte svoj obľúbený textový editor.

A na koniec súboru pridajte nasledujúci riadok:

*/15 * * * * ntpdate-debian>/dev/null 2> & 1

Toto bude aktualizovať čas hodín RTC každých 15 minút prostredníctvom internetu.

Toto je to! Si pripravený! To bolo ľahké, nie? Jediné, čo musíte urobiť, je reštartovať počítač:

sudo reštart

Krok 11: Povolenie služby Watchdog

RPi niekedy nevysvetliteľne visí a zamrzne. Služba strážny pes v podstate automaticky reštartuje RPi, keď jeho časovač zaregistruje, že počítač v ľubovoľnom čase nič neurobil.

Ak chcete službu Watchdog úplne povoliť, najskôr si nainštalujte balík Watchdog spustením tohto príkazu v termináli:

sudo apt-get install watchdog

Potom načítajte servisný modul ručne:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Pridajte súbor.config na automatické načítanie modulu a otvorte ho pomocou editora nano:

sudo nano /etc/modules-load.d/bcm2835_wdt.conf

Potom pridajte do súboru tento riadok:

bcm2835_wdt

a potom súbor uložte stlačením klávesov Ctrl+O a potom Ctrl+X.

Musíte tiež upraviť ďalší súbor na/lib/systemd/system/watchdog.service spustením tohto príkazu v termináli:

sudo nano /lib/systemd/system/watchdog.service

Teraz pridajte riadok do sekcie [Inštalovať]:

[Inštalácia]

WantedBy = multi-user.target

Jedna vec, ktorú musíte ešte urobiť, je nakonfigurovať samotnú službu strážneho psa. Najprv otvorte súbor.conf v termináli:

sudo nano /etc/watchdog.conf

a potom odkomentujte [to znamená, odstráňte pred ním znamienko hashtag] riadok, ktorý začína reťazcom #watchdog-device. Tiež odkomentujte riadok, ktorý hovorí #max-load-1 = 24.

Zostáva iba povoliť a spustiť službu:

sudo systemctl povoliť watchdog.service

A potom:

sudo systemctl start watchdog.service

Krok 12: Získanie kódu

Kód bude potrebné stiahnuť na /home /pi. Aby ste si tam mohli stiahnuť kód, zadajte do terminálu nasledujúce položky:

cd

Kód môžete získať otvorením terminálu a spustením:

klon git "https://github.com/CroatianMeteorNetwork/RMS.git"

Teraz, aby ste skompilovali stiahnutý kód a nainštalovali všetky knižnice Pythonu, otvorte terminál a prejdite do priečinka, kde je kód klonovaný:

cd ~/RMS

A potom spustite:

sudo python setup.py install

Krok 13: Nastavenie konfiguračného súboru

Jednou z najdôležitejších činností je nastavenie konfiguračného súboru. Budete musieť otvoriť konfiguračný súbor a upraviť ho:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Proces nastavenia v zásade pozostáva z niekoľkých častí:

Najprv musíte nastaviť ID svojej stanice, ktoré nájdete pod názvom [Systém]. Musí to byť 3 -miestne číslo. Ak váš RPi patrí astronomickej organizácii, ID stanice vám bude poskytnuté od tejto organizácie. Ak nie, môžete si ID nastaviť sami. Ďalej musíte nastaviť súradnice miesta, kde sa nachádza vaša kamera, vrátane výšky miesta pozorovania. Informácie o súradniciach akéhokoľvek miesta je možné ľahko získať prostredníctvom aplikácie „GPS Coordinates“v systéme Android alebo pomocou aplikácie „GPS Data - Coordinates, Elevation, Speed & Compass“v systéme iOS.

Ďalej musíte nastaviť časť [Capture] konfiguračného súboru. Potrebujete iba zmeniť nastavenie rozlíšenia fotoaparátu a číslo FPS (počet snímok za sekundu).

Ak máte kameru NTSC (Severná Amerika), budete mať rozlíšenie obrazovky 720 x 480 a váš FPS bude 29,97.

Ak máte systémovú kameru PAL (Európa), budete mať rozlíšenie obrazovky 720 x 576 a váš FPS bude 25. Údaje v súbore.config by ste mali vyplniť podľa týchto parametrov.

Po dokončení nastavenia konfiguračného súboru stlačením klávesov Ctrl+O uložte zmeny do súboru a stlačením klávesov Crtl+X ukončite.

Krok 14: Nastavenie fotoaparátu

Na začiatku nastavenia kamery budete musieť znova spustiť prehrávač mplayer, ktorý umožňuje komunikáciu s kamerou v termináli.

Ak máte kameru NTSC, zadajte to do terminálu:

mplayer tv: // -tv driver = v4l2: device =/dev/video0: input = 0: norm = NTSC -vo x11

Ak žijete v Európe, spustite toto:

mplayer tv: // -tv driver = v4l2: device =/dev/video0: input = 0: norm = PAL -vo x11

Potom sa spustí okno mplayera a vy budete presne vidieť, čo váš fotoaparát zachytáva. Teraz musíte manuálne nastaviť fotoaparát. Najprv musíte stlačiť stredné tlačidlo „SET“na zadnej strane fotoaparátu, čím sa otvorí ponuka. Môžete sa v ňom pohybovať pomocou tlačidiel okolo tlačidla SET.

Ďalej musíte otvoriť súbor RMS/Guides/icx673_settings.txt buď prostredníctvom terminálu, alebo na Githubu, a jednoducho skopírovať nastavenia uvedené v súbore do fotoaparátu tak, že prejdete cez ponuku a zmeníte nastavenia fotoaparátu, ako je popísané v tu:

ŠOŠOVKA - RUČNÝ

ROLETA/AGC - MANUÁLNY (VSTUP) REŽIM - SHT+AGC ROLETA - AGC - 18 BIELYCH BALANCIÍ - PODSVETLENIE ANTI CR - VYPNUTÉ NASTAVENIE PICT (ZADAŤ) ZRKADLO - VYPNUTÝ JAS - 0 KONTRAST - 255 OSTROSŤ - 0 HUE - 128 ZISK - 128 DEFOGG - VYPNUTÉ ATR - VYPNUTÉ POHYB POHYBU - VYPNUTÉ ……… Stlačte ĎALŠIE ……… SÚKROMIE - VYPNUTÉ DEŇ/NOC - ČB (VYPNUTÉ, VYPNUTÉ, -, -) NR (ZADAŤ) NR REŽIM - VYPNUTÉ Y ÚROVEŇ - - C ÚROVEŇ - - ID KAMERY - VYPNUTÁ SYNCHRONIZÁCIA - INT LANG - ENG ……… ULOŽIŤ VŠETKO EXIT

Vďaka týmto nastaveniam bude kamera optimálna pre nočnú detekciu meteorov.

Ak sa vám zdá obraz príliš tmavý (nie sú viditeľné žiadne hviezdičky), môžete nastaviť parameter AGC na 24.

Ak sa displej mplayera zmení na zelený, v okne Terminál stlačte Crtl+C. Otvorte ďalšie okno terminálu a dvakrát zadajte nasledujúci príkaz:

sudo killall mplayer

Krok 15: Konečne! Spustenie softvéru

Najprv otestujte svoje nastavenie spustením StartCapture na 0,1 hodiny (6 minút):

python -m RMS. StartCapture -d 0,1

Ak je s nastavením všetko v poriadku, malo by sa objaviť úplne biele okno. Niekde v hornej časti okna bude riadok s textom „Maxpixel“. Ak sa okno nespustí alebo sa proces zachytávania vôbec nespustí, prejdite na krok 16: Riešenie problémov.

Teraz ste pripravení začať zbierať údaje a detekovať meteory. Všetko, čo musíte urobiť, je spustiť kód v termináli:

python -m RMS. StartCapture

Začne sa snímanie po západe slnka a na úsvite sa zastaví.

Údaje sa uložia do/home/pi/RMS_data/CapturedFiles a súbory s meteorickými detekciami sa uložia/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Všetky meteorologické detekcie na jednu noc detekcie budú uložené v súbore *.tar.gz v/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Krok 16: Riešenie problémov

Problém s GTK

Niekedy a na niektorých zariadeniach sa zdá, že neexistuje žiadne okno „Maxpixel“, ktoré by sa malo vykresliť pred zachytením, a že v protokole RMS. StartCapture je varovanie:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Zistené symboly GTK+ 2.x. Používanie GTK+ 2.x a GTK+ 3 v rovnakom procese nie je podporované

Budete musieť nainštalovať balík pomocou apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Ak chcete chybu opraviť a začať snímať, spustite:

pytón

A potom:

>> import matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Tým sa vytlačí umiestnenie konfiguračného súboru knižnice pyplot matplotlib, napr.: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Upravte súbor pomocou nano editora:

sudo nano

A keď ste v súbore, nahraďte riadok, ktorý hovorí:

backend: gtk3agg

s týmto riadkom:

backend: Qt4Agg

Musíte tiež odkomentovať riadok:

#backend.qt4: PyQt4

Uložte súbor a ste hotoví!

Inštalácia astropie zlyhala

Ak sa modul astropy python nepodarí nainštalovať a zobrazené chybové hlásenie hovorí:

ImportError: Žiadny modul s názvom _build_utils.apple_accelerate

Potom pravdepodobne budete potrebovať novšiu verziu programu numpy. Pokračujte a inovujte numpy, aby ste problém vyriešili:

sudo pip -inovácia je neaktuálna

Potom urobte tiež úplnú reinštaláciu modulov pythonu a ďalších balíkov, ako je popísané v kroku 9.

Krok 17: Výsledky

Tu je niekoľko meteorických snímok, ktoré sme získali zo zachytenia meteorov a spustenia predtým nainštalovaného softvéru.