Meteorska stanica Raspberry Pi: 17 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Cilj ovog vodiča je da izgradite potpuno funkcionalnu video kameru za otkrivanje meteora koju ćete kasnije moći koristiti za otkrivanje i opažanje 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 projekat je otvorenog koda.

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

Korak 1: Zahtjevi i materijali

Materijali koji se koriste su:

• Raspberry Pi 3 računar
• Micro SD kartica klase 10, 32 GB prostora za pohranu ili veća
• adapter za mikro SD karticu
• 5V napajanje za RPi sa maksimalnom strujom od najmanje 2A
• RPi kućište s ventilatorom
• Rashladni elementi
• Modul RTC (Sat u realnom vremenu) - DS3231 RTC modul
• EasyCap (čipset UTV007) video digitalizator (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 kablovi
• 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:

• Raspberry 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 ovim trenutnim postavkama kamere) možete nabaviti na ovoj vezi: Preuzimanje Raspbiana

Takođe, morate imati adapter za mikro SD karticu da biste instalirali operativni sistem 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 vezi: Instaliranje Raspbiana

Korak 4: Hladnjaci i SD kartica

Počinjemo lijepljenjem hladnjaka na CPU i GPU ploče, kao i na poleđinu GPU -a. Prvo morate odlijepiti plavi poklopac ispod kojeg se nalazi ljepljiva površina koja se pričvršćuje na gore navedene jedinice. Deo za odlepljivanje može biti malo nezgodan, ali možete koristiti bilo koji oštar predmet da biste relativno lako uklonili poklopac.

Nakon toga morate staviti SD karticu na koju ste instalirali Raspbian u priključak za SD karticu na vašem RPi -u (za lokaciju 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 ponovo je prekrivena folijom koja se lako skida. Predlažemo da počnete sastavljati kutiju sa strana RPi ploče, jer tada možete lako identificirati koja je koja strana i kako tačno kutija mora biti sastavljena prepoznavanjem portova na bočnim 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, kao i hladnjaka, je omogućiti optimalno hlađenje i performanse vašeg RPi -a kada je pod velikim računskim opterećenjem. Prvo ćete pričvrstiti ventilator na mjesto pomoću malog križnog vijka, s vijcima i logotipom ventilatora usmjerenim prema unutrašnjosti 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, možete, naravno, neke od njih 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: Povezivanje perifernih uređaja

U ovom dijelu procesa pretvorit ćete svoju RPi ploču u upotrebljiv računar.

Za ovo će vam trebati:

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

Počet ćete s povezivanjem monitora na vaš RPi. Video port 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 port se nalazi na jednoj od strana RPi single board računara. Nakon toga možete povezati 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: Hardversko postavljanje kamere

U ovom koraku ćete izvršiti hardversko podešavanje kamere i povezati je s RPI -jem.

Za to će vam trebati sljedeće:

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

Postavljanje i konfiguracija kabela općenito je na vama. U osnovi, morate spojiti kameru na izvor napajanja pomoću neke vrste kabela za napajanje i izlaz signala kamere na kameru. Naše slike možete vidjeti na gornjoj slici. Morat ćete spojiti signalni kabel kamere na žuti ženski kabel EasyCap ADC -a. Ostali kablovi programa EasyCap neće biti potrebni. Sada možete povezati EasyCap sa svojim RPi -jem. Budući da vjerovatno nećete imati dovoljno mjesta oko Pi -ovih USB utora, predlažemo da povežete ADC pomoću USB produžnog kabela.

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 instalirati sav softver pomoću terminala, koji je korisničko sučelje naredbene linije. Budući da ćete ga koristiti vrlo često, važno je napomenuti da se može otvoriti pomoću prečice na tipkovnici: Crtl+Alt+T.

Prvo instalirajte mplayer putem terminala pomoću ove naredbe:

sudo apt-get install mplayer

Ovo je program za gledanje video zapisa sa 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 PAL kameru (Evropa), unesite sljedeće:

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

Ako naredbe upisujete ručno u terminalu, pobrinite se da ispravan znak u dijelu "driver = v4l2" prethodne naredbe nije 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 proces postavljanja mnogo lakšim i bržim.

Ako je kamera pravilno spojena, vidjet ćete video feed sa kamere. Ako ne, ponovo 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 update

I nadogradite sve pakete:

sudo apt-get nadogradnja

Možete instalirati sve sistemske biblioteke 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 koji se koristi za otkrivanje meteora napisan na Pythonu, morate instalirati i neke Python -ove „module“koji se koriste u kodu. Prvo počnite instaliranjem pipa (Pip Installs Packages) s terminala:

sudo pip install -U pip setuptools

Takođe morate prvo instalirati i ažurirati Numpy paket:

sudo pip install numpy

sudo pip --upgrade numpy

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

sudo pip install gitpython jastuk scipy cython astropija pyephem weave paramiko

Ovo će vjerovatno 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 bi zadržao vrijeme čak i kada je računar isključen i van 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.

Takođe, kada morate „komentirati“red koda, učinite to tako što ćete staviti znak # na početak dotičnog retka.

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

dtparam = i2c_arm = uključeno

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Zatim ponovo pokrenite svoj RPi:

sudo reboot

Nakon toga uklonite lažni hwclock modul jer vam više ne treba:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh omogući sudo update-rc.d uklanjanje lažnog hwclock-a

Zatim komentirajte redove 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 ukloni ntp sudo apt-get instaliraj ntpdate

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

spavanje 1

hwclock -s ntpdate -debian

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

HWCLOCKACCESS = ne

Sada morate onemogućiti ažuriranje RTC sistema sa sistemskog sata, jer smo to već učinili, komentarišući sljedeći red u datoteci /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Omogućite RTC sat pokretanjem:

sudo systemctl enable hwclock-save.service

Da biste ažurirali vrijeme RTC -a 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

Ovo će 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 ponovo pokrenuti računar:

sudo reboot

Korak 11: Omogućavanje nadzorne usluge

RPi ponekad neobjašnjivo visi i smrzava se. Usluga čuvara u osnovi automatski ponovo pokreće RPi kada tajmer registruje da računar nije uradio ništa u proizvoljnom vremenu.

Da biste u potpunosti omogućili uslugu čuvara, prvo 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 pomoću nano uređivača:

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

Zatim dodajte ovaj red 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 datoteke u terminalu:

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

Sada dodajte redak u odjeljak [Instaliraj]:

[Instaliraj]

WantedBy = višekorisnički cilj

Takođe, jedna stvar koja ostaje da se uradi je da konfigurišete samu uslugu čuvara. Prvo otvorite.conf datoteku na terminalu:

sudo nano /etc/watchdog.conf

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

Ostaje samo omogućiti i pokrenuti uslugu:

sudo systemctl omogućuje watchdog.service

I onda:

sudo systemctl pokrenite watchdog.service

Korak 12: Dobivanje koda

Kôd će se morati preuzeti na /home /pi. Da biste tamo preuzeli kôd, 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 Python biblioteke, otvorite terminal i idite do mape u kojoj je klon kloniran:

cd ~/RMS

A zatim pokrenite:

sudo python setup.py install

Korak 13: Postavljanje konfiguracione 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 stanice koji se nalazi pod naslovom [System]. To mora biti trocifreni broj. Ako vaš RPi pripada astronomskoj organizaciji, od te organizacije će vam biti dodijeljen ID stanice. Ako ne, možete sami postaviti ID. Zatim morate postaviti koordinate mjesta na kojem se nalazi vaša kamera, uključujući i visinu mjesta posmatranja. Informacije o koordinatama bilo kojeg mjesta mogu se lako dobiti putem aplikacije 'GPS koordinate' na Androidu ili 'GPS podaci - koordinate, nadmorska visina, brzina i kompas' na iOS -u.

Zatim morate postaviti [Capture] dio konfiguracijske datoteke. Potrebno je samo promijeniti postavke rezolucije za vaš fotoaparat i broj FPS -a (Frames Per Second).

Ako imate NTSC kameru (Sjeverna Amerika), imat ćete rezoluciju ekrana 720 x 480, a vaš FPS će biti 29,97.

Ako imate sistemsku kameru PAL (Evropa), imat ćete rezoluciju ekrana 720 x 576, a vaš FPS će biti 25. Trebate popuniti podatke u.config datoteci prema ovim 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 ponovo pokrenuti mplayer koji omogućava 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 Evropi, pokrenite ovo:

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

Tada će se pokrenuti prozor mplayer -a i vidjet ćete što vaša kamera snima. Sada morate ručno postaviti kameru. Prvo morate pritisnuti srednje dugme 'SET' na stražnjoj strani kamere, što će otvoriti izbornik. Možete se kretati kroz njega pomoću dugmadi oko dugmeta SET.

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

Objektiv - RUČNI

OKVIR/AGC - RUČNI (ULAZNI) NAČIN - SHT+AGC OKLOŽAJ - AGC - 18 BIJELI BALANS - ANTI CR POZADINA - PODEŠAVANJE 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 NIVO - - C NIVO - - CAM ID - ISKLJUČENO SINHRONIZIRANJE - INT LANG - HR ……. SPREMI SVI IZLAZAK

Ove postavke će učiniti kameru optimalnom za noćno otkrivanje meteora.

Ako slika izgleda previše tamno (zvijezde nisu vidljive), možete postaviti parametar AGC na 24.

Ako ekran 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 postavke pokretanjem StartCapture -a 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 prestat će snimati 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 i na nekim uređajima čini se da nema prozora 'Maxpixel' koji bi trebao biti prikazan prije snimanja i da postoji upozorenje u zapisu 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 grešku i započeli snimanje, pokrenite:

python

I onda:

>> import matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

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

Uredite datoteku pomoću nano uređivača:

sudo nano

A kada ste u datoteci, zamijenite red koji kaže:

pozadina: gtk3agg

sa ovom linijom:

pozadina: Qt4Agg

Takođe morate otkomentirati red:

#backend.qt4: PyQt4

Sačuvajte datoteku i gotovi ste!

Astropijska instalacija nije uspjela

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

ImportError: Nema modula pod nazivom _build_utils.apple_accelerate

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

sudo pip --upgrade 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.