Stația Meteor Raspberry Pi: 17 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Scopul acestui tutorial este să construiți o cameră video de detecție a meteorilor pe deplin funcțională, pe care o veți putea folosi mai târziu pentru detectarea și observarea meteorilor. Materialele utilizate vor fi relativ ieftine și pot fi cumpărate cu ușurință în magazinul dvs. local de tehnologie. Toate software-urile utilizate în acest proiect sunt open source, iar proiectul în sine este open source.

Puteți găsi mai multe informații despre proiect pe Hackaday și pe Github din Croația Meteor Network.

Pasul 1: Cerințe și materiale

Materialele utilizate sunt:

• Calculator Raspberry Pi 3
• Card micro SD de clasa 10, 32 GB de stocare sau mai mare
• adaptor de card micro SD
• Alimentare de 5V pentru RPi cu curent maxim de cel puțin 2A
• Carcasă RPi cu ventilator
• Radiatoare
• Modul RTC (Real Time Clock) - Modul RTC DS3231
• Digitalizator video EasyCap (chipset UTV007) (celelalte au probleme cu RPi)
• Cameră CCTV Sony Effio 673 și obiectiv widefield (4mm sau 6mm)
• Sursa de alimentare a camerei de 12V
• Carcasa camerei de securitate
• Cabluri și cabluri
• OPȚIONAL: adaptor HDMI la VGA

Pasul 2: Configurarea RPi - Materiale

Mai întâi vom începe cu configurarea RPi în sine. Pentru a face acest lucru, vom avea nevoie de următoarele materiale:

• Raspberry Pi 3
• 3 radiatoare
• Cutie de plastic RPi cu ventilator
• Modulul RTC
• card SD

Pasul 3: Instalarea Raspbian

Acum va trebui să instalați Raspbian, sistemul de operare RPi pe cardul dvs. micro SD. Puteți obține Raspbian Jessie (imaginea sistemului de operare care funcționează cu această configurare curentă a camerei) pe acest link: Descărcarea Raspbian

De asemenea, trebuie să aveți un adaptor de card micro SD pentru a instala sistemul de operare pe card.

În cazul în care cardul SD nu este nou, va trebui să formatați cardul înainte de a instala Raspbian. Puteți găsi ghidul pentru instalarea Raspbian și formatarea cardului SD pe acest link: Instalarea Raspbian

Pasul 4: Radiatoare și card SD

Începem prin a lipi radiatoarele de CPU și GPU ale plăcii, precum și de partea din spate a GPU-ului. Mai întâi trebuie să desprindeți capacul albastru sub care se află o suprafață lipicioasă care se atașează la unitățile menționate anterior. Partea de dezlipire poate fi puțin dificilă, dar puteți utiliza orice obiect ascuțit pentru a îndepărta capacul cu relativă ușurință.

După aceea, trebuie să puneți cardul SD pe care ați instalat Raspbian în portul cardului SD de pe RPi (pentru locația portului cardului SD, consultați Pasul 6.)

Pasul 5: Asamblarea cutiei și a ventilatorului

După aceea, puteți trece la asamblarea cutiei în care va fi RPi. Cutia este din plastic și este din nou acoperită cu o folie care se desprinde cu ușurință. Vă sugerăm să începeți să asamblați cutia de pe părțile laterale ale plăcii RPi, deoarece puteți identifica cu ușurință ce parte este care și cum trebuie montată exact cutia, recunoscând sloturile de port de pe părți. Apoi veți atașa partea de jos a cutiei. Asigurați-vă că orificiul din partea de jos se aliniază cu GPU-ul.

După aceea, puteți atașa partea superioară a cutiei. „Picioarele” mai mici care ies de ambele părți ale părții superioare trebuie aliniate cu găuri mici pe fiecare parte a cutiei. În acest moment, trebuie să vă asigurați că partea superioară a cutiei este deasupra matricei de pini GPIO. Continuând, puteți atașa acum modulul RTC. Poate fi atașat primilor patru pini GPIO care privesc spre centrul plăcii, așa cum se vede în imagine. Acum terminați treaba de configurare a hardware-ului RPi-ului dvs. atașând doar ventilatorul în partea superioară a plăcii. Rolul ventilatorului, la fel ca și la radiatoarele de căldură, este de a permite răcirea și performanța optimă a RPi-ului dvs. atunci când acesta este sub o sarcină de calcul mare. Mai întâi veți înșuruba ventilatorul la locul său folosind un șurub mic transversal, cu șuruburile și sigla ventilatorului îndreptate spre interiorul cutiei. Apoi cablul ventilatorului trebuie să fie conectat la pinii GPIO 2 și 3, privind spre exteriorul cutiei. Dacă unele dintre șuruburi par să interfereze cu placa în sine și / sau nu permit închiderea completă a cutiei, puteți, desigur, să înșurubați unele dintre ele, astfel încât acestea să fie orientate spre exteriorul cutiei. Dacă ventilatorul nu pare să funcționeze, încercați să reconectați cablul ventilatorului la pini sau chiar să lipiți cablul liber la ventilator.

Pasul 6: Conectarea perifericelor

În această parte a procesului, vă veți transforma placa RPi într-un computer utilizabil.

Pentru aceasta veți avea nevoie de:

• OPȚIONAL: cablu HDMI la VGA
• șoarece
• tastatură
• Monitor
• Cabluri de alimentare pentru monitor și RPi

Veți începe prin conectarea monitorului la RPi. Portul video pe care îl utilizează RPi este HDMI, deci dacă nu aveți un cablu sau monitor HDMI (de exemplu, dacă aveți un cablu VGA), trebuie să cumpărați un adaptor HDMI TO VGA. Portul HDMI este situat pe una dintre laturile computerului cu o singură placă RPi. După aceea, puteți conecta tastatura și mouse-ul la RPi prin porturile USB. După configurarea dispozitivelor de intrare și ieșire de bază, vă puteți conecta RPi la o sursă de alimentare utilizând adaptorul și cablul furnizate împreună cu placa dvs. Este important de reținut că puterea energiei electrice utilizate pentru funcționarea RPi trebuie să fie de cel puțin 2,5 A.

Pasul 7: Configurarea hardware a camerei

În acest pas, veți face o configurare hardware a camerei dvs. și o veți conecta la RPI.

Pentru aceasta, veți avea nevoie de următoarele:

• EasyCap ADC (convertor analog-digital) - chipset UTV007
• Camera CCTV Sony Effio
• Cabluri și cabluri

Configurarea și configurarea cablului depinde în general de dvs. Practic, trebuie să conectați camera la sursa de alimentare cu un fel de cablu de alimentare și semnalul camerei de ieșire la cameră. Puteți vedea configurația noastră în imaginile de mai sus. Va trebui să conectați cablul de semnal al camerei la cablul feminin galben al EasyCap ADC. Celelalte cabluri ale EasyCap nu vor fi necesare. Acum vă puteți conecta EasyCap la RPi. Deoarece probabil nu veți avea suficient spațiu în jurul sloturilor USB ale Pi, vă sugerăm să conectați ADC cu un cablu prelungitor USB.

AVERTISMENT: EasyCap ADC cu chipset-urile STK1160, Empia sau Arcmicro nu va funcționa. Singurul chipset acceptat este UTV007.

Pasul 8: Testarea camerei

Pentru a testa configurația dvs., va trebui să verificați semnalul transmis către RPi.

De acum înainte, veți instala tot software-ul folosind terminalul, care este o interfață cu linia de comandă. Deoarece îl veți folosi foarte des, este important să rețineți că poate fi deschis prin intermediul comenzii rapide de la tastatură: Crtl + Alt + T.

Mai întâi instalați mplayer prin terminal folosind această comandă:

sudo apt-get install mplayer

Acesta este un program pentru vizionarea videoclipului de pe cameră.

Apoi, va trebui să rulați mplayer. Dacă aveți o cameră NTSC (standard nord-american), rulați-o în terminal:

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

Dacă aveți o cameră PAL (Europa), introduceți următoarele:

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

Dacă tastați comenzile manual în terminal, asigurați-vă că caracterul corect din partea „driver = v4l2” din comanda anterioară nu este unul ('1'), ci o literă L cu litere mici ('l'). Cu toate acestea, vă recomandăm cu tărie să copiați și să lipiți comenzile folosind Ctrl + Shift + C pentru copiere și Ctrl + Shift + V pentru lipirea comenzilor în interiorul terminalului. Acest lucru face procesul de configurare mult mai ușor și mult mai rapid.

Dacă camera este conectată corect, veți vedea fluxul video de la cameră. Dacă nu, verificați din nou pașii anteriori și asigurați-vă că i-ați urmat corect.

Pasul 9: Instalarea tuturor software-urilor necesare

Apoi va trebui să instalați toate software-urile necesare. Mai întâi, executați acest lucru:

sudo apt-get update

Și actualizați toate pachetele:

sudo apt-get upgrade

Puteți instala toate bibliotecile de sistem utilizând următoarea comandă:

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

Deoarece codul utilizat pentru detectarea meteorilor este scris în Python, trebuie să instalați și câteva „module” Python care sunt utilizate în cod. În primul rând, începeți prin instalarea pip (Pip Installs Packages) de la terminal:

sudo pip install -U pip setuptools

Mai întâi trebuie să instalați și să actualizați pachetul Numpy:

sudo pip instalează numpy

sudo pip - upgrade numpy

Veți avea deja pip și Python pe RPi, dar trebuie să faceți upgrade la cea mai recentă versiune. Instalați toate bibliotecile Python cu următoarea comandă:

sudo pip instala gitpython Pillow scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Acest lucru va dura probabil ceva timp.

Pasul 10: Configurarea fusului orar și a modulului RTC

Deoarece timpul exact joacă un rol important în observarea și detectarea meteorilor, trebuie să vă asigurați că RPi păstrează ora corectă. Mai întâi, setați fusul orar la UTC (un fus orar standard între astronomi) folosind următoarea comandă:

sudo dpkg-reconfigure tzdata

Se va deschide o interfață grafică care vă va ghida prin proces. Selectați „Niciunul dintre cele de mai sus” și apoi „UTC” și ieșiți.

Apoi, va trebui să vă configurați modulul RTC pentru a menține timpul până și computerul este oprit și offline. Pentru configurarea modulului vi se va cere adesea să editați cumva un fișier. Faceți-o cu:

sudo nano

unde veți înlocui cu adresa reală a fișierului. După ce ați terminat, apăsați Crtl + O și Crtl + X.

De asemenea, atunci când vi se cere să „comentați” o linie de cod, faceți-o plasând un semn # la începutul liniei în cauză.

Adăugați următoarele rânduri la sfârșitul /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = on

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Apoi reporniți RPi:

reporniți sudo

După aceea, eliminați modulul fake-hwclock, deoarece nu mai aveți nevoie de el:

sudo apt-get elimina fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh activați sudo update-rc.d fake-hwclock eliminați

Apoi, comentează liniile cu -systz în fișierul / lib / udev / hwclock-set.

Acum trebuie să setați ora curentă scriind ora curentă a sistemului în RTC și să scăpați de demonul NTP redundant:

sudo hwclock -w

sudo apt-get elimina ntp sudo apt-get install ntpdate

Mai multe editări! Editați fișierul /etc/rc.local și adăugați comanda hwclock deasupra liniei care spune exit 0:

dormi 1

hwclock -s ntpdate-debian

Preveniți setarea automată a ceasului la o valoare diferită, editând fișierul / etc / default / hwclock și schimbând parametrul H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = nr

Acum trebuie să dezactivați actualizarea sistemului RTC din ceasul sistemului, deoarece am făcut deja acest lucru, comentând următoarea linie din fișierul /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =! / Usr / sbin / ntpd

Activați ceasul RTC executând:

sudo systemctl activate hwclock-save.service

Pentru ca timpul RTC să fie actualizat la fiecare 15 minute, executați acest lucru:

crontab -e

și selectați editorul de text preferat.

Și la sfârșitul fișierului adăugați următoarea linie:

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

Aceasta va actualiza timpul de ceas RTC la fiecare 15 minute prin Internet.

Aia este! Ești pregătit! A fost ușor, nu-i așa? Tot ce trebuie să faceți în continuare este să reporniți computerul:

reporniți sudo

Pasul 11: Activarea serviciului Watchdog

RPi uneori se blochează și blochează inexplicabil. Serviciul de supraveghere repornește RPi în mod automat atunci când temporizatorul său înregistrează că computerul nu a făcut nimic într-un timp arbitrar.

Pentru a activa complet serviciul watchdog, instalați mai întâi pachetul watchdog executând acest lucru în terminal:

sudo apt-get install watchdog

Apoi încărcați manual modulul de service:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Adăugați un fișier.config pentru a încărca automat modulul și deschideți-l cu nano editor:

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

Apoi adăugați această linie în fișier:

bcm2835_wdt

și apoi salvați fișierul tastând Ctrl + O și apoi Ctrl + X.

De asemenea, trebuie să editați un alt fișier la / lib / systemd / system / watchdog.service executând acest lucru în terminal:

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

Acum adăugați o linie la secțiunea [Instalare]:

[Instalare]

WantedBy = multi-user.target

De asemenea, un lucru care rămâne de făcut este configurarea serviciului de supraveghere în sine. Mai întâi deschideți fișierul.conf în terminal:

sudo nano /etc/watchdog.conf

și apoi decomentați [adică eliminați semnul hashtag din fața sa] linia care începe cu # watchdog-device. De asemenea, decomentați linia care spune # max-load-1 = 24.

Mai rămâne doar să activați și să începeți serviciul:

sudo systemctl activa watchdog.service

Și apoi:

sudo systemctl pornește watchdog.service

Pasul 12: Obținerea codului

Codul va trebui descărcat în / home / pi. Pentru a descărca codul acolo, introduceți următoarele în terminal:

CD

Puteți obține codul deschizând terminalul și executând:

git clona "https://github.com/CroatMeteorNetwork/RMS.git"

Acum, pentru a compila codul descărcat și a instala toate bibliotecile Python, deschideți terminalul și navigați la folderul unde este clonat codul:

cd ~ / RMS

Și apoi fugiți:

sudo python setup.py instalare

Pasul 13: Configurarea fișierului de configurare

Unul dintre cei mai importanți pași este configurarea fișierului de configurare. Va trebui să deschideți fișierul de configurare și să îl editați:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Procesul de configurare constă în principal din mai multe părți:

În primul rând, trebuie să configurați ID-ul stației dvs., care se găsește sub titlul [Sistem]. Trebuie să fie un număr de 3 cifre. Dacă RPi dvs. aparține unei organizații astronomice, ID-ul stației vă va fi dat de la organizația respectivă. Dacă nu, puteți seta singur ID-ul. Apoi, trebuie să setați coordonatele locului în care se află camera dvs., inclusiv înălțimea locului de observare. Informațiile referitoare la coordonatele oricărui loc pot fi obținute cu ușurință prin intermediul aplicației „Coordonate GPS” de pe Android sau a aplicației „Date GPS - Coordonate, Altitudine, Viteză și Busolă” de pe iOS.

Apoi, trebuie să configurați partea [Capture] a fișierului de configurare. Trebuie doar să modificați setările de rezoluție pentru camera dvs. și numărul FPS (cadre pe secundă).

Dacă aveți o cameră NTSC (America de Nord), veți avea o rezoluție a ecranului de 720 x 480, iar FPS-ul dvs. va fi 29,97.

Dacă aveți o cameră cu sistem PAL (Europa), veți avea o rezoluție de ecran de 720 x 576, iar FPS-ul dvs. va fi de 25. Ar trebui să completați datele din fișierul.config în conformitate cu acești parametri.

După ce ați terminat configurarea fișierului de configurare, apăsați Ctrl + O pentru a salva modificările fișierului și Crtl + X pentru a ieși.

Pasul 14: Configurarea camerei

Pentru începutul configurării camerei, va trebui să lansați din nou mplayer-ul care permite comunicarea cu camera în terminal.

Dacă aveți o cameră NTSC, tastați aceasta în terminal:

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

Dacă locuiți în Europa, executați acest lucru:

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

Apoi se va lansa fereastra mplayer și veți vedea exact ce captează camera dvs. Acum trebuie să faceți o configurare manuală a camerei. Mai întâi trebuie să apăsați butonul din mijloc „SET” din spatele camerei, care va deschide un meniu. Puteți naviga prin acesta cu butoanele din jurul butonului SET.

Apoi, trebuie să deschideți fișierul RMS / Guides / icx673_settings.txt fie prin terminal, fie pe Github și să copiați setările date în fișier în camera dvs. navigând prin meniu și schimbând setările camerei, așa cum este descris în Aici:

LENTILĂ - MANUAL

OBSERVATOR / AGC - MOD MANUAL (ENTER) - SHT + AGC SHUTTER - AGC - 18 ALB BALANCE - ANTI CR BACKLIGHT - OFF PICT AJUSTMENT (ENTER) OGLINZĂ - OFF LUMINOS - 0 CONTRAST - 255 SHARPNESS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF DETECȚIE MOCIUNE - OFF ……… Apăsați NEXT ……… CONFIDENȚIALITATE - OFF DAY / NOAPTE - B / W (OFF, OFF, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF Y LEVEL - - C LEVEL - - ID CAM - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SALVAȚI TOATE IEȘIRILE

Aceste setări vor face camera optimă pentru detectarea pe timp de noapte a meteorilor.

Dacă imaginea pare prea întunecată (nu sunt vizibile stele), puteți seta parametrul AGC la 24.

Dacă afișajul mplayer devine verde, apăsați Crtl + C în fereastra terminalului. Deschideți o altă fereastră Terminal și tastați următoarea comandă de două ori:

sudo killall mplayer

Pasul 15: În cele din urmă! Rularea software-ului

Mai întâi, testați configurarea rulând StartCapture timp de 0,1 ore (6 minute):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Dacă totul este în regulă cu configurarea, ar trebui să apară o fereastră complet albă. Undeva în partea de sus a ferestrei va exista o linie pe care scrie „Maxpixel”. Dacă fereastra nu se lansează sau procesul de captare nu pornește deloc, mergeți la „Pasul 16: Depanare”.

Acum sunteți gata pentru începerea captării datelor și a detectării meteorilor. Tot ce trebuie să faceți acum este să rulați codul în terminal:

python -m RMS. StartCapture

Aceasta va începe capturarea după apusul soarelui și va înceta capturarea în zori.

Datele vor fi salvate în / home / pi / RMS_data / CapturedFiles, iar fișierele cu detecțiile meteorice vor fi salvate / home / pi / RMS_data / ArchivedFiles.

Toate detecțiile meteorice pentru o noapte de detectare vor fi stocate într-un fișier *.tar.gz în / home / pi / RMS_data / ArchivedFile s.

Pasul 16: Depanare

Problema GTK

Uneori și pe unele dispozitive, pare să nu existe o fereastră „Maxpixel” care să fie redată înainte de captură și că există un avertisment în jurnalul RMS.

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: simboluri GTK + 2.x detectate. Utilizarea GTK + 2.x și GTK + 3 în același proces nu este acceptată

Va trebui să instalați un pachet folosind apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Pentru a remedia eroarea și a începe capturarea, executați:

piton

Și apoi:

>> import matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Aceasta va imprima locația fișierului de configurare a bibliotecii python matplotlib, de exemplu: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data / matplotlibrc

Editați fișierul utilizând editorul nano:

sudo nano

Și când vă aflați în fișier, înlocuiți linia care spune:

backend: gtk3agg

cu această linie:

backend: Qt4Agg

De asemenea, trebuie să decomentați linia:

# backend.qt4: PyQt4

Salvați fișierul și ați terminat!

Instalarea Astropy a eșuat

Dacă modulul astropy python nu se instalează și mesajul de eroare afișat spune:

ImportError: Niciun modul numit _build_utils.apple_accelerate

Apoi, probabil că aveți nevoie de o versiune mai nouă de numpy. Deci, continuați și actualizați numpy pentru a rezolva problema:

sudo pip - upgrade numpy

După aceasta, trebuie să faceți și o reinstalare completă a modulelor Python și a altor pachete, așa cum este descris în Pasul 9.

Pasul 17: Rezultate

Iată câteva imagini meteorice pe care le-am obținut prin captarea meteorilor și rularea software-ului instalat anterior.