Plně vybavená venkovní bezpečnostní kamera založená na Raspberry Pi: 21 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Pokud máte neuspokojivé zkušenosti s levnými webkamerami, jejich špatně napsaným softwarem a/nebo nedostatečným hardwarem, můžete snadno postavit poloprofesionální webovou kameru s Raspberry Pi a několika dalšími elektronickými součástmi, které snadno najdete, na kterých běží PiWebcam, bezplatná a atrapa -odolný software, který se promění jediným kliknutím na zařízení ve výkonné a plně vybavené webové kameře.

Krok 1: Inspirace

Poté, co jsem bojoval proti omezenému softwaru většiny levných bezpečnostních kamer na trhu (např. Špatné noční vidění, nejasná aplikace pro konfiguraci, žádné offline nahrávání, nepřesná detekce pohybu atd.), Rozhodl jsem se postavit něco sám a Raspberry Pi vypadal na mě jako nejvhodnější platforma.

I když již existuje kolem velkého počtu projektů pro použití Raspberry Pi jako webové kamery, osobně mi to připadá příliš složité a obecně řečeno spíše ad-hoc řešení pro pokročilé uživatele než konečné produkty.

Přesto se většina z nich zaměřuje pouze na software než na hardware, což je pro případ použití bezpečnostní kamery stejně důležité.

Krok 2: Hardware

Pro stavbu vnitřní webové kamery by jednoduše fungoval jednoduchý Raspberry Pi (jakýkoli model) a připojená kamera (jakýkoli model) s IR LED pro noční vidění. S touto kombinací je již k dispozici spousta sad, takže pokud toho chcete dosáhnout, kupte si jednu z nich a přejděte ke kroku 12.

Stejný hardware by se však nehodil pro venkovní kameru: snímek pořízený z kamery Raspberry podporující infračervené záření mimo váš dům by vypadal převážně růžově (kvůli infračervenému světlu zachycenému kamerou) a s malým out-of-the -box IR LED byste neviděli nic přes 3 metry / 1 metr.

K vyřešení prvního problému potřebujeme něco, co se nazývá mechanický IR CUT filtr, který vám v zásadě vrací skutečné barvy v denním světle, ale přesto umožňuje zachytit IR světla v noci. Většina zařízení na trhu má dva vodiče: jeden krátký puls na jednom vodiči přesune infračervený filtr před senzor (denní režim), jeden krátký puls na druhém vodiči odstraní filtr (noční režim). Obvykle fungují mezi 3v a 9v a pokud jsou připojeny k naší Raspberry, můžeme mít plnou kontrolu nad tím, kdy přepínat noční režim. Filtr IR Cut však nelze ovládat přímo z kolíku Raspberry, protože mechanická část v něm vyžaduje mnohem více proudu, než jaký může poskytnout Pi. Obejdeme to pomocí H-Bridge napájeného 5v Raspberry a ovládaného dvěma piny.

K řešení druhého problému bychom potřebovali výkonnější desku IR LED, abychom dosáhli slušného nočního vidění. Desky s menším počtem, ale většími diodami LED, jsou upřednostňovány před deskami se spoustou malých LED diod. Většina desek na trhu má také připojený LDR (Light Dependent Resistor), který se používá k určení, kdy rozsvítit diody LED, pokud jsou tmavé. Obvykle pracují na 12 V a mají malou zástrčku (označenou „IRC“), kterou lze použít k připojení infračerveného filtru. Prostřednictvím této zástrčky však není vyslán žádný impuls, ale během noci (LED diody svítí) se mezi vodiči a zemí vytvoří (obvykle) pokles napětí 5 V. Pokud připojíme jeden z vodičů k naší Raspberry a monitorujeme signál pinu, můžeme určit, zda vstupujeme do nočního režimu nebo z něj odcházíme (což přesně dělá PiWebcam)

Poslední věcí, kterou je třeba ohledně hardwaru zvážit, je způsob napájení Raspberry Pi. Protože máme napájecí zdroj 12 V a potřebujeme 5 V pro napájení Pi, je zapotřebí regulátor napětí.

Krok 3: Software

Myšlenkou PiWebcam bylo poskytnout výkonnou zobrazovací platformu pro každého, bez ohledu na jeho předchozí znalosti. Instalační skript se postará o úplnou konfiguraci systému s rozumným výchozím nastavením, což uživateli umožní přizpůsobit si pomocí čistého a mobilního webového rozhraní jen velmi omezený počet relevantních parametrů. Díky výkonné funkci detekce pohybu, rozšířené o funkce rozpoznávání objektů využívající model umělé inteligence, však PiWebcam může uživatele upozornit na jakýkoli detekovaný pohyb zasláním snímku příjemci e-mailu nebo zveřejněním jeho oblíbeného kanálu Slack uživatele.

• Stránka projektu:
• Uživatelská příručka:

Krok 4: Kusovník

Následující kusovník je určen pro venkovní webovou kameru vytvořenou v tomto tutoriálu:

• Raspberry Pi Zero W
• Kamera Raspberry Pi (jakýkoli model, tento obsahuje filtr IR cut)
• Kabel kamery Raspberry Pi Zero
• Vodotěsné pouzdro fotoaparátu (jakýkoli model, do kterého by se hodila malina)
• Karta SD (doporučeno 16 GB)
• IR LED deska (jakákoli deska, která by se hodila k pouzdru kamery)
• IR Cut filtr (pouze pokud již není integrován do kamery)
• Regulátor 12 V - 5 V (ujistěte se, že je to regulátor buck, který může poskytnout alespoň 1 A)
• Zástrčka Micro USB Male
• 12v zásuvka
• Napájení 12v 3A
• H-most
• Žena-žena Dupont cales

Krok 5: Příprava součástí

Převodník buck (regulátor napětí) je zodpovědný za převod napájecího zdroje 12 V na 5 V, který Raspberry Pi vyžaduje. Většina součástek na trhu je nastavitelná (např. Výstupní napětí můžete změnit otočením šroubu). Vzhledem k tomu, že uvnitř webové kamery může dojít k nechtěnému posunutí šroubu, zajistěte pevný a konstantní výstup 5 V do otvoru 5 V trochu cínu, abyste spojili oba okraje a odřízli drát na desce plošných spojů (nožem), který jde do „ADJ“(vlevo nahoře na obrázku)

Jelikož chceme mít Raspberry plnou kontrolu nad filtrem IR Cut (bez ohledu na to, zda je filtr vložen do kamery jako na obrázku), musíme se zbavit malého konektoru. Odřízněte dva vodiče a pro každý vodič připojte samičí kabel dupont. Nevyhazujte malou zástrčku, protože ji musíme použít k získání stavu LDR namontovaného na IR LED desce. Připojte jeden samičí dupontní kabel k jednomu ze dvou vodičů (nezáleží na tom).

Krok 6: Připojte k IR LED desce napájecí zdroj

Začněme připojením napájecího vstupu 12 V vstupujícího do pouzdra holé kamery ke komponentám.

K zápornému (černému) vodiči připojte následující:

• Záporný vodič desky IR LED
• Negativní vodič převodníku buck
• Záporný vodič k USB zástrčce

Připojte na kladný (červený) vodič následující:

• Pozitivní (12v) vodič desky IR LED
• Vin drát převodníku buck

Krok 7: Zapněte Raspberry Pi

Připojte kabel Vout převaděče buck ke konektoru USB, který napájí Raspberry.

Po připojení všech vodičů je pájejte k sobě nebo je pevně zafixujte izolační páskou.

Krok 8: Připojte filtr IR Cut

Protože filtr IR Cut nelze ovládat přímo z kolíku Raspberry, použijeme H-Bridge napájený 5v pinem Raspberry a ovládaný dvěma piny.

• Připojte pin 4 (5v) maliny k „+“H-můstku
• Připojte pin 5 (GND) maliny k „-“H-Bridge
• Připojte pin 39 (BCM 20) maliny k INT1 H-Bridge
• Připojte pin 36 (BCM 16) maliny k INT2 H-Bridge
• Připojte dva vodiče IR Cut filtru k MOTOR1 a MOTOR2 nebo H-Bridge

Tímto způsobem, když bude impuls vyslán např. kolík 39, 5v bude dodán do MOTOR1, čímž dojde k přepnutí filtru.

Krok 9: Připojte IR Led Board k Raspberry

Abychom věděli, kdy se stmívá, využíváme LDR namontovaného na desce IR LED. V předchozích krocích použijte malou zástrčku vyříznutou z IR filtru, jednu stranu připojte ke konektoru označenému „IRC“desky IR LED a druhou ke kolíku 40 (BCM 21) Raspberry.

Krok 10: Namontujte kameru na IR LED desku

Upevněte kameru na vyhrazený slot na desce IR LED izolační páskou nebo jiným způsobem. Věci, které je třeba v této fázi vzít v úvahu:

• Deska IR LED se při zapnutí velmi zahřívá, proto ji chraňte;
• Zajistěte, aby do slotu, kde je umístěna kamera, nemohlo proniknout žádné infračervené světlo; Odraz infračerveného světla je jedním z nejčastějších důvodů, proč je noční vidění špatné (rozmazané);
• Zajistěte, aby mezi objektivem a sklem pouzdra fotoaparátu zůstal volný prostor, jinak by mohlo dojít k odrazu nebo zkreslení obrazu;

Ještě NEZAVÍREJTE kryt kamery:-)

Krok 11: Možnost 1 - Nahrajte předem nakonfigurovaný obrázek PiWebcam (doporučeno)

• Stáhněte si nejnovější obrázek PiWebcam (PiWebcam_vX. X.img.zip) z
• Rozbalte soubor Zapište obrázek na kartu SD (https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/)
• Připojte kartu SD k Raspberry Pi a zapněte ji
• Zařízení začne fungovat jako přístupový bod
• Pokračujte v úlohách po instalaci

Krok 12: Možnost 2 - Vytvořte obraz PiWebcam

Vytvoření bitové kopie PiWebcam vyžaduje novou instalaci Raspbian a SD karty. Nepoužívejte znovu stávající instalaci, ale začněte úplně od začátku:

• Stáhněte si operační systém Raspbian Stretch Lite
• Zapište obrázek na kartu SD (například pomocí programu Win32 Disk Imager)

Krok 13: Možnost 2 - Zkopírujte PiWebcam na SD kartu

Stáhněte si nejnovější verzi PiWebcam (PiWebcam_vX. X.zip), rozbalte a zkopírujte adresář „PiWebcam“do zaváděcího oddílu.

Pro bezhlavé nastavení umístěte do zaváděcího oddílu také prázdný soubor s názvem „ssh“a „wpa_supplicant.conf“s konfigurací vaší sítě. Tímto způsobem se Raspberry začne po spuštění připojovat k vaší WiFi síti a nebudete vůbec potřebovat kabel HDMI, ale můžete se k němu připojit přímo přes SSH.

Krok 14: Možnost 2 - Zapněte Raspberry a připojte se k němu

Připojte kartu SD k Raspberry Pi, zapněte ji a připojte se k ní pomocí klienta SSH (nebo PuTTY ve Windows):

• Název hostitele: raspberrypi.local
• Uživatelské jméno: pí
• Heslo: malina

Krok 15: Možnost 2 - Konfigurace systému pro PiWebcam

Po zajištění připojení Raspberry k internetu spusťte následující příkaz:

sudo /boot/PiWebcam/PiWebcam.sh nainstalovat

Tím se plně nakonfiguruje systém a nainstalují se požadované závislosti.

Na konci instalace budete vyzváni k restartování zařízení, aby byly změny plně účinné. Všechna pověření budou shrnuta na obrazovce.

Posledních 6 znaků je náhodných (např. PiWebcam-e533fe) a liší se zařízení od zařízení.

Krok 16: Úkoly po instalaci - Připojte se k přístupovému bodu WiFi PiWebcam

Po zapnutí začne zařízení fungovat jako přístupový bod.

Připojte se k síti WiFi vytvořené zařízením. Heslo sítě a heslo administrátora (pro webové rozhraní i pro SSH) jsou stejné jako SSID (např. PiWebcam-XXXXX). Nasměrujte svůj prohlížeč na https://PiWebcam.local a ověřte se uživatelským jménem „admin“a heslem shodným s názvem sítě.

Krok 17: Připojte webovou kameru k síti WiFi

Chcete připojit webovou kameru ke stávající síti WiFi, přejděte na Zařízení / Síť, vyberte „WiFi klient“a zadejte „WiFi síť“a „Přístupové heslo“.

Počkejte 1–2 minuty, připojte se zpět k síti a ve svém prohlížeči přejděte na adresu https://camera_name.your_network (např. Http: //PiWebcam-e533fe.local)

Krok 18: Zavřete kryt webové kamery

Jakmile byl testován, že k webové kameře lze dosáhnout prostřednictvím sítě, a provedl základní konfiguraci uvedenou v předchozím kroku, nyní je čas případ uzavřít.

Krok 19: Začínáme s PiWebcam

PiWebcam již přichází s rozumným výchozím nastavením. Po instalaci není nutná žádná další konfigurace; PiWebcam začne pořizovat snímky a nahrávat videa, ať už je k síti připojen nebo ne.

Celou konfiguraci zařízení (kamera, síť, oznámení a nastavení systému) lze provádět prostřednictvím webového rozhraní. Konfigurační soubor lze snadno exportovat a importovat pod zařízením / systémem.

Když je detekován pohyb, PiWebcam začne nahrávat video (které bude poté dostupné prostřednictvím nabídky „Přehrávání“webového rozhraní). Jakmile již nebude žádný pohyb, uloží se také obrázek zvýrazněný červeným rámečkem. Pokud je povolena funkce detekce objektu, jakýkoli pohyb, který neobsahuje konfigurovaný objekt, bude ignorován, aby se snížily falešné poplachy (např. Pokud je detekován pohyb, ale není identifikována žádná osoba).

Když jsou povolena oznámení, snímek bude odeslán na e-mailovou adresu uživatele a/nebo zveřejněn na nakonfigurovaném kanálu Slack. Pokud není připojení k internetu k dispozici, oznámení bude zařazeno do fronty a uvolněno při příštím obnovení připojení.

Podrobný souhrn všech dostupných nastavení je uveden na stránce projektu.

Krok 20: Vzdálený přístup k internetu

K webovému rozhraní lze volitelně přistupovat z internetu bez jakékoli další konfigurace ve vaší síti nebo domácím routeru. Chcete -li tuto funkci povolit, zaškrtněte příslušné políčko v části Zařízení / Síť.

Pokud je povolen vzdálený přístup k internetu, zařízení zahájí tunel SSH prostřednictvím serveo.net, aniž by bylo nutné ve vašem routeru konfigurovat jakýkoli NAT nebo UPnP. Název zařízení se používá jako název hostitele a jsou vystaveny webové i ssh služby.

Krok 21: Technické detaily

Všechny soubory PiWebcam jsou umístěny ve spouštěcím oddílu karty SD, v adresáři s názvem PiWebcam. To zahrnuje jeden bash soubor, PiWebcam.sh a stránky PHP pro administrátorský panel.

Během instalačního procesu se provede velmi základní konfigurace systému, vytvoří se obraz initramfs a skript PiWebcam.sh se přidá do /etc/rc.local, aby byl spuštěn při spuštění s parametrem „configure“.

Při prvním restartu obrázek initramfs zmenší kořenový oddíl (dříve rozšířený tak, aby vyplnil celou kartu SD instalačním programem Raspbian) a vytvoří datový oddíl hned po něm.

Spouštěcí i kořenový souborový systém jsou připojeny jen pro čtení a překryvný souborový systém je vytvořen obrazem initram na kořenovém souborovém systému, takže jakákoli změna systému je uložena pouze v paměti a při příštím restartu se ztratí. Tímto způsobem bude zařízení odolnější vůči chybným konfiguracím, může být snadno obnoveno na tovární nastavení a může přežít při jakémkoli výpadku napájení, protože při normálním provozu není na SD kartu nikdy zapsán žádný systémový soubor. Datový souborový systém je místo toho formátován pomocí F2FS (Flash-Friendly File System), který zohledňuje vlastnosti paměťových zařízení založených na flash paměti.

Během spouštění přečte PiWebcam konfigurační soubor uložený na /boot/PiWebcam/PiWebcam.conf, nakonfigurujte systém, kameru, síť a oznámení na základě tam nalezených nastavení a nasaďte webové rozhraní z/boot/PiWebcam/web do umístění webového kořene.

Filmy i filmy jsou ukládány do datového systému souborů a seskupeny do složek podle roku/měsíce/dne/hodiny, aby byl umožněn snadnější přístup. Všechny nahrávky lze prohlížet prostřednictvím webového rozhraní s h5ai, moderním indexátorem souborů, který umožňuje atraktivní zobrazení souborů a adresářů a poskytuje náhledy obrázků a videa, aniž byste museli předem stahovat obsah.

Když je detekován pohyb, PiWebcam.sh se vyvolá pomocí parametru „upozornit“prostřednictvím události pohybu on_picture_save/on_movie_end. Pokud je pro další analýzu obrazu povolena detekce objektů, obrázek je odeslán do Clarifai, aby rozpoznal všechny objekty v obraze. To by fungovalo skvěle ke snížení falešných poplachů, např. pokud vás zajímá, jestli ve vašem domě někdo krade, a ne jen náhlá změna světla.

Poté PiWebcam zkontroluje, zda je k dispozici připojení k internetu, a pokud ano, odešle oznámení. Kromě tradičních e-mailových oznámení rozesílaných pomocí ssmtp s připojeným detekovaným filmem může PiWebcam také nahrát stejný obrázek na kanál Slack. Pokud neznáte Slacka, podívejte se na to (); je to skvělý nástroj pro spolupráci, ale lze jej také použít k vytvoření skupiny věnované vaší rodině, udělit přístup vašim rodinným příslušníkům, chatovat s nimi a umožnit nástrojům PiWebcam nebo Home Automation (jako např. eGeoffrey) zveřejňovat aktualizace zde. Pokud není k dispozici připojení k internetu, oznámení se neztratí, ale je ve frontě a odesláno při obnovení připojení.

Funkce upgradu je poskytována také prostřednictvím webového rozhraní.