Meteorska stanica Raspberry Pi: 17 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Cilj ovog vodiča je da izgradite potpuno funkcionalnu video kameru za otkrivanje meteora koju ćete kasnije moći koristiti za otkrivanje i promatranje meteora. Korišteni materijali bit će relativno jeftini i lako se mogu kupiti u vašoj lokalnoj tehničkoj trgovini. Sav softver koji se koristi u ovom projektu je otvorenog koda, a sam projekt je otvorenog koda.

Više informacija o projektu možete pronaći na Hackadayu i na Githubu Hrvatske meteorske mreže.

Korak 1: Zahtjevi i materijali

Korišteni materijali su:

• Računalo Raspberry Pi 3
• Mikro SD kartica klase 10, 32 GB prostora za pohranu ili veća
• adapter za mikro SD karticu
• 5V napajanje za RPi s maksimalnom strujom od najmanje 2A
• RPi kućište s ventilatorom
• Rashladni elementi
• RTC (Sat u stvarnom vremenu) modul - DS3231 RTC modul
• Video digitalizator EasyCap (čipset UTV007) (ostali imaju problema s RPi -jem)
• Sony Effio 673 CCTV kamera i širokougaoni objektiv (4 mm ili 6 mm)
• Napajanje kamere 12V
• Kućište sigurnosne kamere
• Ožičenje i kabeli
• NEOBVEZNO: HDMI na VGA adapter

Korak 2: Postavljanje RPi - Materijali

Prvo ćemo početi s postavljanjem samog RPi -ja. Da bismo to učinili, trebat će nam sljedeći materijali:

• Malina Pi 3
• 3 hladnjaka
• RPi plastična kutija s ventilatorom
• RTC modul
• SD kartica

Korak 3: Instaliranje Raspbiana

Sada ćete morati instalirati Raspbian, RPi OS na svoju mikro SD karticu. Raspbian Jessie (sliku OS -a koja radi s ovom postavkom kamere) možete dobiti na ovoj vezi: Preuzimanje Raspbiana

Također, morate imati adapter za mikro SD karticu da biste instalirali OS na karticu.

U slučaju da vaša SD kartica nije potpuno nova, morat ćete je formatirati prije instaliranja Raspbiana. Vodič za instaliranje Raspbiana i formatiranje SD kartice možete pronaći na ovoj poveznici: Instaliranje Raspbiana

Korak 4: Hladnjaci i SD kartica

Počinjemo lijepljenjem hladnjaka na CPU i GPU ploče, kao i na stražnju stranu GPU -a. Prvo morate odlijepiti plavi pokrov ispod kojeg se nalazi ljepljiva površina koja se pričvršćuje na gore navedene jedinice. Odlijepljeni dio može biti pomalo zeznut, ali možete koristiti bilo koji oštar predmet za relativno lako uklanjanje poklopca.

Nakon toga morate staviti SD karticu na koju ste instalirali Raspbian u priključak za SD karticu na vašem RPi -u (za mjesto ulaza za SD karticu pogledajte korak 6.)

Korak 5: Sastavljanje kutije i ventilatora

Nakon toga možete prijeći na sastavljanje kutije u kojoj će se nalaziti vaš RPi. Kutija je izrađena od plastike i ponovno je prekrivena folijom koja se lako skida. Predlažemo da počnete sastavljati kutiju sa strana vaše RPi ploče, jer tada možete lako identificirati koja je koja strana i kako točno kutija mora biti sastavljena prepoznavanjem utora na stranama. Zatim ćete pričvrstiti dno kutije. Uvjerite se da je rupa na donjoj strani poravnata s GPU -om.

Nakon toga možete pričvrstiti gornju stranu kutije. Manje "noge" koje izlaze s obje strane gornje strane moraju biti poravnate s malim rupama sa svake strane kutije. U ovom trenutku apsolutno morate biti sigurni da je gornji dio okvira iznad GPIO niza pinova. Nastavljajući, sada možete priključiti RTC modul. Može se pričvrstiti na prva četiri GPIO pina koji gledaju prema sredini ploče, kao što se vidi na slici. Sada dovršite posao postavljanja hardvera vašeg RPi -a samo pričvršćivanjem ventilatora na gornju stranu ploče. Uloga ventilatora, isto kao i hladnjaka, je omogućiti optimalno hlađenje i performanse vašeg RPi -a kada je pod velikim računalnim opterećenjem. Najprije ćete pričvrstiti ventilator na mjesto pomoću malog križnog vijka, s vijcima i logotipom ventilatora usmjerenim prema unutarnjoj strani kutije. Zatim se kabel ventilatora mora spojiti na GPIO pinove 2 i 3, gledajući prema vanjskoj strani kutije. Ako se čini da neki od vijaka ometaju samu ploču i/ili ne dopuštaju potpuno zatvaranje kutije, neke od njih možete, naravno, pričvrstiti tako da budu usmjereni prema vanjskoj strani kutije. Ako izgleda da ventilator ne radi, pokušajte ponovno spojiti kabel ventilatora na pinove ili čak lemiti labavi kabel na ventilator.

Korak 6: Spajanje perifernih uređaja

U ovom dijelu procesa pretvorit ćete svoju RPi ploču u upotrebljivo računalo.

Za to će vam trebati:

• NEOBVEZNO: HDMI na VGA kabel
• miš
• tipkovnica
• Monitor
• Kablovi za napajanje monitora i RPi

Počet ćete s povezivanjem monitora na svoj RPi. Video priključak koji koristi RPi je HDMI pa ako nemate HDMI kabel ili monitor (na primjer ako imate VGA kabel), morate kupiti HDMI TO VGA adapter. HDMI priključak nalazi se na jednoj od strana RPi jednokrilnog računala. Nakon toga možete spojiti tipkovnicu i miša na RPi putem USB priključaka. Nakon postavljanja osnovnih ulaznih i izlaznih uređaja, možete priključiti svoj RPi u izvor napajanja pomoću adaptera i kabela koji ste dobili s pločom. Važno je napomenuti da snaga električne energije koja se koristi za rad RPi mora biti najmanje 2,5 A.

Korak 7: Postavljanje hardvera kamere

U ovom koraku ćete izvršiti hardversko postavljanje fotoaparata i spojiti ga na RPI.

Za to će vam trebati sljedeće:

• EasyCap ADC (analogno -digitalni pretvarač) - čipset UTV007
• Sony Effio CCTV kamera
• Ožičenje i kabeli

Postavljanje i konfiguracija kabela općenito je na vama. U osnovi, morate spojiti kameru na izvor napajanja s nekom vrstom kabela za napajanje i izlaz signala kamere na kameru. Našu sliku možete vidjeti na gornjoj slici. Morat ćete spojiti signalni kabel kamere na žuti ženski kabel EasyCap ADC -a. Ostali kabeli programa EasyCap neće biti potrebni. Sada svoj EasyCap možete spojiti na svoj RPi. Budući da vjerojatno nećete imati dovoljno mjesta oko Pi -ovih USB utora, predlažemo da ADC povežete USB produžnim kabelom.

UPOZORENJE: EasyCap ADC sa skupovima čipova STK1160, Empia ili Arcmicro neće raditi. Jedini podržani čipset je UTV007.

Korak 8: Testiranje kamere

Da biste testirali svoju konfiguraciju, morat ćete provjeriti signal koji se prenosi na vaš RPi.

Od sada ćete sav softver instalirati pomoću terminala, koji je korisničko sučelje naredbenog retka. Budući da ćete ga koristiti vrlo često, važno je napomenuti da se može otvoriti pomoću tipkovne tipke: Crtl+Alt+T.

Prvo instalirajte mplayer putem terminala pomoću ove naredbe:

sudo apt-get install mplayer

Ovo je program za gledanje videozapisa s kamere.

Zatim ćete morati pokrenuti mplayer. Ako imate NTSC kameru (sjevernoamerički standard), pokrenite ovo na terminalu:

mplayer tv: // -tv upravljački program = v4l2: uređaj =/dev/video0: ulaz = 0: norma = NTSC -vo x11

Ako imate kameru PAL (Europa), unesite sljedeće:

mplayer tv: // -tv upravljački program = v4l2: uređaj =/dev/video0: ulaz = 0: norma = PAL -vo x11

Ako naredbe upisujete ručno u terminalu, provjerite nije li ispravan znak u dijelu "driver = v4l2" prethodne naredbe jedno ("1"), već malo slovo L ("l"). Međutim, toplo preporučujemo samo kopiranje i lijepljenje naredbi pomoću Ctrl+Shift+C za kopiranje i Ctrl+Shift+V za lijepljenje naredbi unutar Terminala. To čini postupak postavljanja mnogo lakšim i bržim.

Ako je kamera pravilno spojena, vidjet ćete video feed s kamere. Ako ne, ponovno provjerite prethodne korake i provjerite jeste li ih pravilno slijedili.

Korak 9: Instalirajte sav potreban softver

Zatim ćete morati instalirati sav potreban softver. Prvo pokrenite ovo:

sudo apt-get ažuriranje

I nadogradite sve pakete:

sudo apt-get nadogradnja

Možete instalirati sve knjižnice sustava pomoću sljedeće naredbe:

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

Budući da je kôd za otkrivanje meteora napisan na Pythonu, morate instalirati i neke Pythonove 'module' koji se koriste u kodu. Prvo počnite instaliranjem pipa (Pip Installs Packages) s terminala:

sudo pip install -U pip setuptools

Također morate prvo instalirati i ažurirati paket Numpy:

sudo pip install numpy

sudo pip -nadogradnja numpy

Već ćete imati pip i Python na RPi -ju, ali morate nadograditi na najnoviju verziju. Instalirajte sve knjižnice Python sa sljedećom naredbom:

sudo pip install gitpython Jastuk scipy cython astropija pyephem weave paramiko

Ovo će vjerojatno potrajati.

Korak 10: Postavljanje vremenske zone i RTC modula

Budući da točno vrijeme igra važnu ulogu u promatranju i otkrivanju meteora, morate se pobrinuti da vaš RPi drži točno vrijeme. Prvo postavite svoju vremensku zonu na UTC (standardnu vremensku zonu među astronomima) pomoću sljedeće naredbe:

sudo dpkg-ponovno konfigurirajte tzdata

Ovo će otvoriti GUI koji će vas voditi kroz proces. Odaberite "Ništa od gore navedenog", a zatim "UTC" i izađite.

Zatim ćete morati postaviti svoj RTC modul kako biste zadržali vrijeme čak i kad je vaše računalo isključeno i izvan mreže. Za postavljanje modula često će se od vas tražiti da na neki način uredite datoteku. Učinite to sa:

sudo nano

gdje ćete zamijeniti stvarnom adresom datoteke. Nakon što završite, pritisnite Crtl+O i Crtl+X.

Također, kada morate „komentirati“redak koda, učinite to tako da postavite znak # na početak dotičnog retka.

Dodajte sljedeće retke na kraj /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = uključeno

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Zatim ponovno pokrenite svoj RPi:

sudo ponovno podizanje sustava

Nakon toga uklonite modul lažni hwclock budući da vam više nije potreban:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh omogućiti sudo update-rc.d lažni-hwclock ukloniti

Zatim komentirajte retke sa -systz u datoteci/lib/udev/hwclock -set.

Sada morate postaviti trenutno vrijeme zapisujući trenutno sistemsko vrijeme u RTC i riješiti se suvišnog NTP demona:

sudo hwclock -w

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

Više uređivanja! Uredite datoteku /etc/rc.local i dodajte naredbu hwclock iznad retka koji kaže exit 0:

spavati 1

hwclock -s ntpdate -debian

Spriječite automatsko postavljanje sata na drugu vrijednost uređivanjem/etc/default/hwclock datoteke i promjenom parametra H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = ne

Sada morate onemogućiti ažuriranje RTC sustava sa sistemskog sata, budući da smo to već učinili, komentirajući sljedeći redak u datoteci /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Omogućite sat RTC pokretanjem:

sudo systemctl enable hwclock-save.service

Da bi se RTC vrijeme ažuriralo svakih 15 minuta, pokrenite ovo:

crontab -e

i odaberite svoj omiljeni uređivač teksta.

I na kraju datoteke dodajte sljedeći redak:

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

Time će se ažurirati vrijeme sata RTC -a svakih 15 minuta putem Interneta.

To je to! Spremni ste! Ovo je bilo lako, zar ne? Sve što trebate učiniti je ponovno pokrenuti računalo:

sudo ponovno podizanje sustava

11. korak: Omogućavanje usluge čuvara

RPi ponekad neobjašnjivo visi i smrzava se. Usluga čuvara u biti automatski ponovno pokreće RPi kad njegov mjerač vremena registrira da računalo nije učinilo ništa u proizvoljnom vremenu.

Kako biste u potpunosti omogućili nadzornu uslugu, najprije instalirajte paket čuvar tako što ćete ovo pokrenuti na terminalu:

sudo apt-get install watchdog

Zatim ručno učitajte servisni modul:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Dodajte.config datoteku za automatsko učitavanje modula i otvorite ga nano uređivačem:

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

Zatim dodajte ovaj redak u datoteku:

bcm2835_wdt

a zatim spremite datoteku upisivanjem Ctrl+O, a zatim Ctrl+X.

Također morate urediti drugu datoteku na/lib/systemd/system/watchdog.service pokretanjem ove u terminalu:

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

Sada dodajte redak u odjeljak [Instaliraj]:

[Instalirati]

Traži se = višekorisnički cilj

Također, jedna stvar koja ostaje za napraviti je konfiguriranje same usluge čuvara. Najprije otvorite.conf datoteku na terminalu:

sudo nano /etc/watchdog.conf

a zatim raskomentirajte [odnosno uklonite znak hashtaga ispred njega] redak koji počinje s #watchdog-device. Također raskomentirajte redak koji kaže #max-load-1 = 24.

Ostaje samo omogućiti i pokrenuti uslugu:

sudo systemctl omogućiti watchdog.service

I onda:

sudo systemctl start watchdog.service

Korak 12: Dobivanje koda

Kôd će se morati preuzeti na /home /pi. Da biste tamo preuzeli kod, unesite sljedeće u terminal:

CD

Kôd možete dobiti otvaranjem terminala i pokretanjem:

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

Sada, kako biste sastavili preuzeti kod i instalirali sve knjižnice Python, otvorite terminal i idite do mape u kojoj je kôd kloniran:

cd ~/RMS

A zatim pokrenite:

sudo python setup.py install

Korak 13: Postavljanje konfiguracijske datoteke

Jedan od najvažnijih koraka je postavljanje konfiguracijske datoteke. Morat ćete otvoriti konfiguracijsku datoteku i urediti je:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Proces postavljanja se u osnovi sastoji od nekoliko dijelova:

Prije svega, morate postaviti ID svoje postaje koji se nalazi pod naslovom [System]. To mora biti troznamenkasti broj. Ako vaš RPi pripada astronomskoj organizaciji, ID postaje dobit ćete od te organizacije. Ako ne, možete sami postaviti ID. Zatim morate postaviti koordinate mjesta na kojem se nalazi vaša kamera, uključujući i visinu mjesta promatranja. Informacije o koordinatama bilo kojeg mjesta lako se mogu dobiti putem aplikacije 'GPS koordinate' na Androidu ili 'GPS podaci - koordinate, nadmorska visina, brzina i kompas' na iOS -u.

Zatim morate postaviti dio [Hvatanje] konfiguracijske datoteke. Potrebno je samo promijeniti postavke razlučivosti za vaš fotoaparat i broj FPS -a (Okviri u sekundi).

Ako imate NTSC kameru (Sjeverna Amerika), imat ćete razlučivost zaslona 720 x 480, a FPS će vam biti 29,97.

Ako imate kameru sustava PAL (Europa), imat ćete razlučivost zaslona 720 x 576, a FPS će vam biti 25. Trebate ispuniti podatke u.config datoteci prema tim parametrima.

Nakon što završite s postavljanjem konfiguracijske datoteke, pritisnite Ctrl+O za spremanje promjena u datoteku i Crtl+X za izlaz.

Korak 14: Postavljanje kamere

Za početak postavljanja kamere morat ćete ponovno pokrenuti mplayer koji omogućuje komunikaciju s kamerom u terminalu.

Ako imate NTSC kameru, upišite ovo u terminal:

mplayer tv: // -tv upravljački program = v4l2: uređaj =/dev/video0: ulaz = 0: norma = NTSC -vo x11

Ako živite u Europi, pokrenite ovo:

mplayer tv: // -tv upravljački program = v4l2: uređaj =/dev/video0: ulaz = 0: norma = PAL -vo x11

Tada će se otvoriti prozor mplayer -a i vidjet ćete što točno vaša kamera snima. Sada morate ručno postaviti kameru. Prvo morate pritisnuti srednji gumb 'SET' na stražnjoj strani fotoaparata, koji će otvoriti izbornik. Kroz nju se možete kretati pomoću gumba oko gumba SET.

Zatim morate otvoriti datoteku RMS/Guides/icx673_settings.txt bilo putem terminala, bilo na Githubu i samo kopirati postavke navedene u datoteci na kameru kretanjem kroz izbornik i promjenom postavki kamere kako je opisano u ovdje:

Objektiv - PRIRUČNIK

OKVIR/AGC - RUČNI (ULAZNI) NAČIN - SHT+AGC ZASLON - AGC - 18 BIJELI BALANS - ANTI CR POZADINA - ISKLJUČENJE SLIKE (ULAZ) OGLEDALO - ISKLJUČENO OSVJETLJENJE - 0 KONTRAST - 255 OŠTROT - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFAGG - ISKLJUČENO ATR - OTKRIVANJE MOTIJE ISKLJUČENO - ISKLJUČENO ……… Pritisnite NEXT ……… PRIVATNOST - ISKLJUČENO DAN/NOĆ - Č/B (ISKLJUČENO, ISKLJUČENO, -, -) NR (ENTER) NR NAČIN - ISKLJUČENO Y RAZINA - - C RAZINA - - ID CAM - ISKLJUČENO SINKRINIRANJE - INT LANG - HR ……. SPREMI SVI IZLAZAK

Ove postavke učinit će kameru optimalnom za noćno otkrivanje meteora.

Ako vam se slika čini previše tamnom (zvijezde nisu vidljive), možete postaviti parametar AGC na 24.

Ako zaslon mplayera postane zelen, pritisnite Crtl+C u prozoru terminala. Otvorite drugi prozor terminala i dvaput upišite sljedeću naredbu:

sudo killall mplayer

Korak 15: Konačno! Pokretanje softvera

Prvo testirajte svoje postavljanje pokretanjem programa StartCapture 0,1 sat (6 minuta):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Ako je s postavkama sve u redu, trebao bi se pojaviti potpuno bijeli prozor. Negdje pri vrhu prozora bit će redak koji kaže 'Maxpixel'. Ako se prozor ne pokrene ili proces snimanja uopće ne započne, idite na 'Korak 16: Rješavanje problema'.

Sada ste spremni za početak snimanja podataka i otkrivanja meteora. Sve što trebate učiniti je pokrenuti kôd u terminalu:

python -m RMS. StartCapture

Snimanje će početi nakon zalaska sunca, a snimanje će prestati u zoru.

Podaci će biti spremljeni u/home/pi/RMS_data/CapturedFiles, a datoteke s otkrivanjem meteora bit će spremljene/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Sve detekcije meteora za jednu noć detekcije bit će pohranjene u datoteci *.tar.gz u/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Korak 16: Rješavanje problema

Pitanje GTK -a

Ponekad se na nekim uređajima čini da nema prozora 'Maxpixel' koji bi se trebao prikazati prije snimanja i da postoji upozorenje u zapisniku RMS. StartCapture:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Otkriveni GTK+ 2.x simboli. Korištenje GTK+ 2.x i GTK+ 3 u istom procesu nije podržano

Morat ćete instalirati paket pomoću apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Da biste ispravili pogrešku i započeli snimanje, pokrenite:

piton

I onda:

>> uvoz matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Ovo će ispisati lokaciju konfiguracijske datoteke matplotlib python knjižnice, npr.: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Uređujte datoteku pomoću nano uređivača:

sudo nano

A kad ste u datoteci, zamijenite redak koji kaže:

pozadina: gtk3agg

ovim retkom:

pozadina: Qt4Agg

Također morate raskomentirati redak:

#backend.qt4: PyQt4

Spremite datoteku i gotovi ste!

Astropijska instalacija nije uspjela

Ako se instalacijski modul astropy python ne uspije i prikazana poruka o pogrešci kaže:

ImportError: Nema modula s imenom _build_utils.apple_accelerate

Tada vam vjerojatno treba novija verzija numpyja. Dakle, samo naprijed i nadogradite numpy za rješavanje problema:

sudo pip -nadogradnja numpy

Nakon toga morate također izvršiti potpunu ponovnu instalaciju python modula i drugih paketa, kako je opisano u koraku 9.

Korak 17: Rezultati

Evo nekoliko slika meteora koje smo dobili snimanjem meteora i pokretanjem prethodno instaliranog softvera.