Stanice Meteor Raspberry Pi: 17 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Cílem tohoto tutoriálu je vytvořit pro vás plně funkční videokameru pro detekci meteorů, kterou budete moci později použít pro detekci a pozorování meteorů. Použitý materiál bude relativně levný a dá se snadno koupit ve vašem místním technickém obchodě. Veškerý software použitý v tomto projektu je open source a samotný projekt je open source.

Více informací o projektu najdete na Hackaday a na Githubu chorvatské meteorologické sítě.

Krok 1: Požadavky a materiály

Použité materiály jsou:

• Počítač Raspberry Pi 3
• Karta micro SD třídy 10, 32 GB úložiště nebo vyšší
• adaptér karty micro SD
• Napájení 5V pro RPi s maximálním proudem alespoň 2A
• Pouzdro RPi s ventilátorem
• Chladiče
• Modul RTC (hodiny v reálném čase) - modul RTC DS3231
• Digitalizátor videa EasyCap (chipset UTV007) (ostatní mají problémy s RPi)
• CCTV kamera Sony Effio 673 a širokoúhlý objektiv (4 mm nebo 6 mm)
• Napájení kamery 12V
• Pouzdro bezpečnostní kamery
• Elektroinstalace a kabely
• VOLITELNÉ: Adaptér HDMI na VGA

Krok 2: Nastavení RPi - materiály

Nejprve začneme nastavením samotného RPi. K tomu budeme potřebovat následující materiály:

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

Krok 3: Instalace Raspbian

Nyní budete muset nainstalovat Raspbian, RPi OS na vaši kartu micro SD. Raspbian Jessie (obrázek operačního systému, který funguje s tímto aktuálním nastavením kamery) můžete získat na tomto odkazu: Stažení Raspbian

K instalaci operačního systému na kartu musíte mít také adaptér na kartu micro SD.

Pokud vaše karta SD není úplně nová, budete ji muset před instalací Raspbian naformátovat. Průvodce instalací Raspbian a formátováním karty SD najdete na tomto odkazu: Instalace Raspbian

Krok 4: Chladiče a karta SD

Začneme přilepením chladičů k CPU a GPU desky, stejně jako k zadní straně GPU. Nejprve musíte odlepit modrý kryt, pod kterým je lepkavý povrch, který se přichytává k výše zmíněným jednotkám. Odlupující se část může být trochu ošidná, ale k odstranění krytu můžete relativně snadno použít jakýkoli ostrý předmět.

Poté musíte kartu SD, na kterou jste nainstalovali Raspbian, vložit do portu SD karty na vašem RPi (umístění portu karty SD viz krok 6.)

Krok 5: Sestavení krabice a ventilátoru

Poté můžete přejít k sestavení krabice, ve které bude váš RPi. Krabice je vyrobena z plastu a je opět zakryta fólií, která se snadno odlepuje. Navrhujeme, abyste začali sestavovat krabici po stranách desky RPi, protože poté můžete snadno identifikovat, která strana je která a jak přesně musí být krabice sestavena rozpoznáním otvorů na bocích. Poté připevníte spodní část krabice. Ujistěte se, že otvor na spodní straně je zarovnán s GPU.

Poté můžete připevnit horní stranu krabice. Menší „nohy“, které vycházejí na obou stranách horní strany, musí být zarovnány s malými otvory na každé straně krabice. V tomto bodě se musíte absolutně ujistit, že horní část pole je nad polem GPIO pinů. Pokračujte, nyní můžete připojit modul RTC. Lze jej připevnit na první čtyři GPIO piny při pohledu směrem ke středu desky, jak je vidět na obrázku. Nyní dokončete práci s nastavením hardwaru vašeho RPi pouhým připevněním ventilátoru k horní straně desky. Role ventilátoru, stejně jako chladičů, je umožnit optimální chlazení a výkon vašeho RPi, když je pod velkým výpočetním zatížením. Nejprve přišroubujte ventilátor na místo pomocí malého křížového šroubu, přičemž šrouby a logo ventilátoru směřují dovnitř krabice. Poté musí být kabel ventilátoru připojen k pinům GPIO 2 a 3, přičemž se dívejte směrem ven z krabice. Pokud se zdá, že některé šrouby zasahují do samotné desky a/nebo neumožňují úplné uzavření krabice, můžete samozřejmě některé z nich našroubovat tak, aby směřovaly ven z krabice. Pokud se zdá, že ventilátor nefunguje, zkuste znovu připojit kabel ventilátoru k pinům nebo dokonce připájet volný kabel k ventilátoru.

Krok 6: Připojení periferních zařízení

V této části procesu uděláte ze své desky RPi použitelný počítač.

K tomu budete potřebovat:

• VOLITELNÉ: Kabel HDMI na VGA
• myš
• klávesnice
• Monitor
• Napájecí kabely monitoru a RPi

Začnete připojením monitoru k vašemu RPi. Video port, který RPi používá, je HDMI, takže pokud nemáte kabel HDMI nebo monitor (například pokud máte kabel VGA), musíte si zakoupit adaptér HDMI TO VGA. Port HDMI je umístěn na jedné ze stran jednodeskového počítače RPi. Poté můžete klávesnici a myš připojit k RPi prostřednictvím portů USB. Po nastavení základních vstupních a výstupních zařízení můžete RPi zapojit do zdroje napájení pomocí adaptéru a kabelu dodaného s deskou. Je důležité si uvědomit, že výkon elektřiny použité k provozu RPi musí být alespoň 2,5 A.

Krok 7: Nastavení hardwaru kamery

V tomto kroku provedete hardwarové nastavení kamery a připojíte ji k RPI.

K tomu budete potřebovat následující:

• EasyCap ADC (analogově digitální převodník) - čipová sada UTV007
• CCTV kamera Sony Effio
• Elektroinstalace a kabely

Nastavení a konfigurace kabelu je obecně na vás. V zásadě musíte kameru připojit k napájecímu zdroji pomocí nějakého napájecího kabelu a výstupního signálu kamery do kamery. Naši konfiguraci můžete vidět na obrázcích výše. Signální kabel kamery budete muset připojit ke žlutému samičímu kabelu EasyCap ADC. Ostatní kabely EasyCap nebudou potřeba. Nyní můžete svůj EasyCap připojit k RPi. Protože v oblasti USB slotů Pi pravděpodobně nebudete mít dostatek místa, doporučujeme připojit ADC prodlužovacím kabelem USB.

VAROVÁNÍ: EasyCap ADC s čipsety STK1160, Empia nebo Arcmicro nebude fungovat. Jedinou podporovanou čipovou sadou je UTV007.

Krok 8: Testování fotoaparátu

Abyste mohli otestovat svoji konfiguraci, budete muset zkontrolovat signál přenášený do vašeho RPi.

Od této chvíle budete instalovat veškerý software pomocí terminálu, což je uživatelské rozhraní příkazového řádku. Protože jej budete používat velmi často, je důležité si uvědomit, že jej lze otevřít pomocí klávesové zkratky: Crtl+Alt+T.

Nejprve nainstalujte mplayer přes terminál pomocí tohoto příkazu:

sudo apt-get install mplayer

Jedná se o program pro prohlížení videa z kamery.

Dále budete muset spustit mplayer. Pokud máte kameru NTSC (severoamerický standard), spusťte to v terminálu:

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

Pokud máte kameru PAL (Evropa), zadejte následující:

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

Pokud zadáváte příkazy ručně v Terminálu, ujistěte se, že správný znak v části „driver = v4l2“předchozího příkazu není jedna ('1'), ale malé písmeno L ('l'). Důrazně však doporučujeme pouze zkopírovat a vložit příkazy pomocí Ctrl+Shift+C pro kopírování a Ctrl+Shift+V pro vkládání příkazů do terminálu. Díky tomu je proces nastavení mnohem jednodušší a mnohem rychlejší.

Pokud je kamera správně připojena, uvidíte přenos videa z kamery. Pokud ne, zkontrolujte předchozí kroky znovu a ujistěte se, že jste je dodržovali správně.

Krok 9: Instalace veškerého potřebného softwaru

Dále budete muset nainstalovat veškerý potřebný software. Nejprve spusťte toto:

sudo apt-get update

A upgradujte všechny balíčky:

sudo apt-get upgrade

Všechny systémové knihovny můžete nainstalovat pomocí následujícího příkazu:

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

Protože kód používaný k detekci meteorů je napsán v Pythonu, musíte také nainstalovat některé 'moduly' Pythonu, které jsou v kódu použity. Nejprve začněte instalací pip (Pip Installs Packages) z terminálu:

sudo pip install -U pip setuptools

Také musíte nejprve nainstalovat a aktualizovat balíček Numpy:

sudo pip install numpy

sudo pip -upgrade numpy

Pip a Python na RPi již budete mít, ale musíte upgradovat na nejnovější verzi. Nainstalujte všechny knihovny Pythonu pomocí následujícího příkazu:

sudo pip install gitpython Polštář scipy cython astropy pyephem vazba paramiko

To bude pravděpodobně nějakou dobu trvat.

Krok 10: Nastavení časového pásma a modulu RTC

Protože přesný čas hraje důležitou roli při pozorování a detekci meteorů, musíte zajistit, aby váš RPi udržel správný čas. Nejprve pomocí následujícího příkazu nastavte časové pásmo na UTC (standardní časové pásmo mezi astronomy):

sudo dpkg-překonfigurovat tzdata

Otevře se GUI, které vás provede celým procesem. Vyberte „Žádný z výše uvedených“, poté „UTC“a ukončete.

Dále budete muset nastavit modul RTC tak, aby vydržel čas, i když je počítač vypnutý a offline. Při nastavování modulu budete často požádáni o nějakou úpravu souboru. Udělejte to s:

sudo nano

kde nahradíte skutečnou adresou souboru. Až budete hotovi, stiskněte Crtl+O a Crtl+X.

Také, když jste povinni 'okomentovat' řádek kódu, udělejte to umístěním znaku # na začátek příslušného řádku.

Na konec souboru /boot/config.txt přidejte následující řádky:

dtparam = i2c_arm = zapnuto

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Poté restartujte RPi:

sudo restart

Poté modul falešných hodin odeberte, protože jej již nepotřebujete:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh povolit sudo update-rc.d fake-hwclock odebrat

Dále okomentujte řádky s -systz v souboru/lib/udev/hwclock -set.

Nyní musíte nastavit aktuální čas zapsáním aktuálního systémového času do RTC a zbavit se nadbytečného démona NTP:

sudo hwclock -w

sudo apt-get remove ntp sudo apt-get install ntpdate

Další úpravy! Upravte soubor /etc/rc.local a přidejte příkaz hwclock nad řádek, který říká exit 0:

spát 1

hwclock -s ntpdate -debian

Zabraňte automatickému nastavení hodin na jinou hodnotu úpravou souboru/etc/default/hwclock a změnou parametru H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = č

Nyní musíte zakázat aktualizaci systému RTC ze systémových hodin, protože jsme to již udělali, komentováním následujícího řádku v souboru /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Aktivujte hodiny RTC spuštěním:

sudo systemctl povolit hwclock-save.service

Aby se čas RTC aktualizoval každých 15 minut, spusťte toto:

crontab -e

a vyberte svůj oblíbený textový editor.

A na konec souboru přidejte následující řádek:

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

Tím se aktualizuje čas hodin RTC každých 15 minut prostřednictvím internetu.

To je ono! Jste připraveni! To bylo snadné, že? Jediné, co musíte udělat, je restartovat počítač:

sudo restart

Krok 11: Povolení služby Watchdog

RPi někdy nevysvětlitelně visí a zamrzá. Služba hlídací pes v podstatě automaticky restartuje RPi, když jeho časovač zaregistruje, že počítač v libovolném čase nic neudělal.

Aby byla služba Watchdog zcela povolena, nejprve nainstalujte balíček Watchdog spuštěním tohoto v terminálu:

sudo apt-get install watchdog

Potom načtěte servisní modul ručně:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Přidejte soubor.config pro automatické načtení modulu a otevřete jej pomocí nano editoru:

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

Poté přidejte do souboru tento řádek:

bcm2835_wdt

a poté soubor uložte zadáním Ctrl+O a poté Ctrl+X.

Musíte také upravit další soubor na/lib/systemd/system/watchdog.service spuštěním tohoto v terminálu:

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

Nyní přidejte řádek do sekce [Instalovat]:

[Nainstalujte]

WantedBy = multi-user.target

Jedna věc, kterou je třeba udělat, je nakonfigurovat samotnou službu hlídacího psa. Nejprve otevřete soubor.conf v terminálu:

sudo nano /etc/watchdog.conf

a poté odkomentujte [to znamená, odstraňte před ním znak hashtag] řádek, který začíná #watchdog-device. Také odkomentujte řádek, který říká #max-load-1 = 24.

Vše, co zbývá, je povolit a spustit službu:

sudo systemctl povolit watchdog.service

A pak:

sudo systemctl start watchdog.service

Krok 12: Získání kódu

Kód bude nutné stáhnout na /home /pi. Chcete -li tam stáhnout kód, zadejte do terminálu následující:

CD

Kód můžete získat otevřením terminálu a spuštěním:

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

Chcete -li kompilovat stažený kód a nainstalovat všechny knihovny Pythonu, otevřete terminál a přejděte do složky, kde je kód klonován:

cd ~/RMS

A pak spusťte:

instalace sudo python setup.py

Krok 13: Nastavení konfiguračního souboru

Jedním z nejdůležitějších kroků je nastavení konfiguračního souboru. Budete muset otevřít konfigurační soubor a upravit jej:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Proces nastavení se v zásadě skládá z několika částí:

Nejprve musíte nastavit ID vaší stanice, které najdete pod názvem [Systém]. Musí to být 3místné číslo. Pokud váš RPi patří astronomické organizaci, ID stanice vám bude poskytnuto od této organizace. Pokud ne, můžete si ID nastavit sami. Dále musíte nastavit souřadnice místa, kde je vaše kamera, včetně výšky místa pozorování. Informace o souřadnicích libovolného místa lze snadno získat prostřednictvím aplikace „GPS Coordinates“v systému Android nebo „GPS Data - Coordinates, Elevation, Speed & Compass“v systému iOS.

Dále musíte nastavit část [Capture] konfiguračního souboru. Stačí změnit nastavení rozlišení pro vaši kameru a číslo FPS (počet snímků za sekundu).

Pokud máte kameru NTSC (Severní Amerika), budete mít rozlišení obrazovky 720 x 480 a vaše FPS bude 29,97.

Pokud máte systémovou kameru PAL (Evropa), budete mít rozlišení obrazovky 720 x 576 a vaše FPS bude 25. Údaje v souboru.config byste měli vyplnit podle těchto parametrů.

Jakmile dokončíte nastavení konfiguračního souboru, stisknutím Ctrl+O uložte změny do souboru a Crtl+X ukončete.

Krok 14: Nastavení fotoaparátu

Na začátku nastavení kamery budete muset znovu spustit mplayer, který umožňuje komunikaci s kamerou v terminálu.

Pokud máte kameru NTSC, zadejte do terminálu toto:

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

Pokud žijete v Evropě, spusťte toto:

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

Poté se spustí okno mplayer a vy uvidíte přesně to, co vaše kamera zachycuje. Nyní musíte provést ruční nastavení kamery. Nejprve musíte stisknout prostřední tlačítko „SET“na zadní straně fotoaparátu, čímž se otevře nabídka. Můžete se v něm pohybovat pomocí tlačítek kolem tlačítka SET.

Dále musíte otevřít soubor RMS/Guides/icx673_settings.txt buď prostřednictvím terminálu, nebo na Githubu, a jednoduše zkopírovat nastavení uvedená v souboru do fotoaparátu procházením nabídky a změnou nastavení fotoaparátu, jak je popsáno v tady:

ČOČKA - RUČNÍ

ZÁVĚRKA/AGC - RUČNÍ (VSTUP) REŽIM - SHT+AGC ZÁVĚRKA - AGC - 18 BÍLÁ BALANCE - PODSVÍCENÍ ANTI CR - VYPNUTÍ NASTAVENÍ OBRAZU (ZADAT) ZRCADLO - VYPNUTO JAS - 0 KONTRAST - 255 OSTROST - 0 HUE - 128 ZISKU - 128 DEFOGG - VYPNUTO ATR - VYPNUTO POHYB POHYBU - VYPNUTO ……. - - ID CAM - VYPNUTO SYNCHRONIZACI - INT LANG - ENG ……… ULOŽTE VŠECHNY VÝCHOD

Díky těmto nastavením bude kamera optimální pro noční detekci meteorů.

Pokud se vám obrázek zdá příliš tmavý (nejsou vidět žádné hvězdy), můžete nastavit parametr AGC na 24.

Pokud se displej mplayeru změní na zelenou, stiskněte v jeho okně Terminál Crtl+C. Otevřete další okno Terminálu a dvakrát zadejte následující příkaz:

sudo killall mplayer

Krok 15: Konečně! Spuštění softwaru

Nejprve otestujte své nastavení spuštěním StartCapture po dobu 0,1 hodiny (6 minut):

python -m RMS. StartCapture -d 0,1

Pokud je s nastavením vše v pořádku, mělo by se objevit zcela bílé okno. Někde v horní části okna bude řádek s nápisem „Maxpixel“. Pokud se okno nespustí nebo se proces záznamu vůbec nespustí, přejděte ke kroku 16: Řešení potíží.

Nyní jste připraveni zahájit sběr dat a detekci meteorů. Jediné, co musíte udělat, je spustit kód v terminálu:

python -m RMS. StartCapture

To začne pořizovat po západu slunce a zastaví se za úsvitu.

Data budou uložena do/home/pi/RMS_data/CapturedFiles a soubory s meteorologickými detekcemi budou uloženy/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Všechny meteorologické detekce pro jednu noc detekce budou uloženy v souboru *.tar.gz v/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Krok 16: Řešení potíží

Problém s GTK

Někdy a na některých zařízeních se zdá, že neexistuje žádné okno „Maxpixel“, které by mělo být vykresleno před zachycením, a že v protokolu RMS. StartCapture je varování:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Byly detekovány symboly GTK+ 2.x. Použití GTK+ 2.x a GTK+ 3 ve stejném procesu není podporováno

Budete muset nainstalovat balíček pomocí apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Chcete -li chybu opravit a začít zaznamenávat, spusťte:

krajta

A pak:

>> importovat matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Tím se vytiskne umístění konfiguračního souboru knihovny pyplotu matplotlib, např.: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Upravte soubor pomocí nano editoru:

sudo nano

A když jste v souboru, nahraďte řádek, který říká:

backend: gtk3agg

s tímto řádkem:

backend: Qt4Agg

Musíte také odkomentovat řádek:

#backend.qt4: PyQt4

Uložte soubor a jste hotovi!

Instalace astropie se nezdařila

Pokud se modul astropy python nepodaří nainstalovat a zobrazí se chybová zpráva:

ImportError: Žádný modul s názvem _build_utils.apple_accelerate

Pak pravděpodobně budete potřebovat novější verzi numpy. Pokračujte a upgradujte numpy, abyste problém vyřešili:

sudo pip -upgrade numpy

Poté proveďte také úplnou přeinstalaci modulů pythonu a dalších balíčků, jak je popsáno v kroku 9.

Krok 17: Výsledky

Zde je několik meteorických snímků, které jsme získali zachycením meteorů a spuštěním dříve nainstalovaného softwaru.