Estació de meteorits Raspberry Pi: 17 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

L'objectiu d'aquest tutorial és que creïs una càmera de vídeo de detecció de meteorits que funcioni completament i que puguis utilitzar més endavant per a la detecció i observació de meteorits. Els materials utilitzats seran relativament econòmics i es poden comprar fàcilment a la vostra botiga de tecnologia local. Tot el programari utilitzat en aquest projecte és de codi obert i el propi projecte és de codi obert.

Podeu trobar més informació sobre el projecte a Hackaday i al Github de la xarxa meteorològica croata.

Pas 1: requisits i materials

Els materials utilitzats són:

• Ordinador Raspberry Pi 3
• Targeta micro SD de classe 10, 32 GB d’emmagatzematge o superior
• adaptador de targeta micro SD
• Alimentació de 5V per al RPi amb una intensitat màxima mínima de 2A
• Funda RPi amb ventilador
• Dissipadors de calor
• Mòdul RTC (Real Time Clock): mòdul RTC DS3231
• Digitalitzador de vídeo EasyCap (chipset UTV007) (els altres tenen problemes al RPi)
• Càmera de video circuit tancat de televisió Sony Effio 673 i objectiu de camp ampla (4 mm o 6 mm)
• Alimentació de la càmera de 12V
• Carcassa de la càmera de seguretat
• Cablejat i cables
• OPCIONAL: adaptador HDMI a VGA

Pas 2: Configuració de RPi - Materials

Primer començarem configurant el mateix RPi. Per fer-ho, necessitarem els materials següents:

• Raspberry Pi 3
• 3 dissipadors de calor
• Caixa de plàstic RPi amb ventilador
• Mòdul RTC
• targeta SD

Pas 3: Instal·lació de Raspbian

Ara haurà d’instal·lar Raspbian, el sistema operatiu de RPi a la targeta micro SD. Podeu obtenir Raspbian Jessie (la imatge del sistema operatiu que funciona amb aquesta configuració de càmera actual) en aquest enllaç: Descarregar Raspbian

A més, heu de tenir un adaptador de targeta micro SD per instal·lar el sistema operatiu a la targeta.

En cas que la vostra targeta SD no sigui nova, haureu de formatar la targeta abans d’instal·lar Raspbian. Podeu trobar la guia per instal·lar Raspbian i formatar la targeta SD en aquest enllaç: Instal·lació de Raspbian

Pas 4: dissipadors i targeta SD

Comencem enganxant els dissipadors de calor a la CPU i la GPU de la placa, així com a la part posterior de la GPU. Primer heu de desprendre la coberta blava sota la qual hi ha una superfície enganxosa que s’uneix a les unitats esmentades. La peeling-off part pot ser una mica complicada, però podeu utilitzar qualsevol objecte esmolat per treure la coberta amb relativa facilitat.

Després, heu de col·locar la targeta SD a la qual heu instal·lat Raspbian al port de la targeta SD del vostre RPi (per obtenir la ubicació del port de la targeta SD, consulteu el pas 6.)

Pas 5: Muntatge de la caixa i el ventilador

Després, podeu passar a muntar la caixa a la qual estareu el vostre RPi. La caixa és de plàstic i es torna a cobrir amb una làmina que es desprèn fàcilment. Us suggerim que comenceu a muntar la caixa des dels laterals de la vostra placa RPi, ja que podreu identificar fàcilment quin costat i quina forma s’ha d’ajuntar exactament la caixa reconeixent les ranures del port als costats. A continuació, adjuntareu la part inferior del quadre. Assegureu-vos que el forat de la part inferior s’alineï amb la GPU.

Després podeu adjuntar la part superior del quadre. Les "potes" més petites que surten als dos costats del costat superior han d'estar alineades amb petits forats a cada costat de la caixa. En aquest punt, heu d'assegurar-vos que la part superior de la caixa estigui sobre la matriu de pins GPIO. Seguint endavant, ara podeu connectar el mòdul RTC. Es pot connectar als quatre primers pins GPIO mirant cap al centre del tauler, tal com es veu a la imatge. Ara finalitzeu la tasca de configuració del maquinari del vostre RPi simplement connectant el ventilador a la part superior del tauler. El paper del ventilador, igual que dels dissipadors de calor, és permetre un refredament i un rendiment òptims del vostre RPi quan es troba sota una càrrega computacional elevada. Primer cargolareu el ventilador al seu lloc mitjançant un petit cargol creuat, amb els cargols i el logotip del ventilador apuntant cap a l'interior de la caixa. A continuació, el cable del ventilador s'ha de connectar als pins 2 i 3 de GPIO, mirant cap a l'exterior de la caixa. Si alguns dels cargols semblen interferir amb la pròpia placa i / o no permeten que la caixa estigui completament tancada, podeu, naturalment, enroscar-ne alguns de manera que apuntin cap a l'exterior de la caixa. Si sembla que el ventilador no funciona, proveu de tornar a connectar el cable del ventilador als passadors o fins i tot de soldar el cable solt al ventilador.

Pas 6: Connexió dels perifèrics

En aquesta part del procés, convertireu la vostra placa RPi en un ordinador útil.

Per a això, necessitareu:

• OPCIONAL: cable HDMI a VGA
• ratolí
• teclat
• Monitor
• Cables d'alimentació de monitors i RPi

Començareu connectant el monitor al vostre RPi. El port de vídeo que utilitza RPi és HDMI, de manera que si no teniu cap cable o monitor HDMI (per exemple, si teniu un cable VGA), heu de comprar un adaptador HDMI A VGA. El port HDMI es troba en un dels laterals de l’ordinador de placa única RPi. Després, podeu connectar el teclat i el ratolí al RPi mitjançant els ports USB. Després de configurar els dispositius bàsics d'entrada i sortida, podeu connectar el vostre RPi a una font d'alimentació mitjançant l'adaptador i el cable que s'inclouen amb la placa. És important tenir en compte que la potència de l’electricitat que s’utilitza per fer funcionar el RPi ha de ser com a mínim de 2,5 A.

Pas 7: Configuració del maquinari de la càmera

En aquest pas, realitzareu una configuració de maquinari de la vostra càmera i la connectareu a RPI.

Per a això, necessitareu el següent:

• EasyCap ADC (convertidor analògic-digital): chipset UTV007
• Càmera de video circuit tancat de Sony Effio
• Cablejat i cables

La configuració i configuració del cable depèn generalment de vosaltres. Bàsicament, heu de connectar la càmera a la font d'alimentació amb algun cable d'alimentació i la sortida del senyal de la càmera a la càmera. Podeu veure la nostra configuració a les imatges anteriors. Haureu de connectar el cable de senyal de la càmera al cable femení groc de l’EasyCap ADC. Els altres cables de l’EasyCap no seran necessaris. Ara podeu connectar l'EasyCap al vostre RPi. Com que probablement no tindreu prou espai a la zona de les ranures USB del Pi, us recomanem que connecteu l'ADC amb un cable d'extensió USB.

ADVERTÈNCIA: EasyCap ADC amb chipsets STK1160, Empia o Arcmicro no funcionarà. L'únic chipset compatible és UTV007.

Pas 8: provar la càmera

Per provar la vostra configuració, haureu de comprovar el senyal transmès al vostre RPi.

A partir d’ara, instal·larà tot el programari mitjançant el terminal, que és una interfície d’usuari de línia d’ordres. Com que el faràs servir molt sovint, és important tenir en compte que es pot obrir mitjançant la drecera de teclat: Crtl + Alt + T.

Primer instal·leu mplayer a través del terminal mitjançant aquesta ordre:

sudo apt-get install mplayer

Aquest és un programa per visualitzar el vídeo des de la càmera.

A continuació, haureu d'executar mplayer. Si teniu una càmera NTSC (estàndard nord-americà), executeu-la al terminal:

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

Si teniu una càmera PAL (Europa), introduïu el següent:

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

Si escriviu les ordres manualment al terminal, assegureu-vos que el caràcter correcte de la part "controlador = v4l2" de l'ordre anterior no sigui un ('1'), sinó una lletra L minúscula ('l'). Tot i això, us recomanem que copieu i enganxeu les ordres mitjançant Ctrl + Maj + C per copiar i Ctrl + Maj + V per enganxar ordres dins del terminal. Això fa que el procés de configuració sigui molt més fàcil i ràpid.

Si la càmera està connectada correctament, veureu el flux de vídeo de la càmera. En cas contrari, torneu a comprovar els passos anteriors i assegureu-vos que els heu seguit correctament.

Pas 9: Instal·lació de tot el programari necessari

A continuació, haureu d’instal·lar tot el programari necessari. Primer, executeu això:

sudo apt-get update

I actualitzeu tots els paquets:

sudo apt-get upgrade

Podeu instal·lar totes les biblioteques del sistema mitjançant l'ordre següent:

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

Com que el codi utilitzat per detectar meteors està escrit a Python, també heu d'instal·lar alguns 'mòduls' de Python que s'utilitzen al codi. Primer, comenceu instal·lant pip (Paquets d’instal·lacions de Pip) des del terminal:

sudo pip install -U pip setuptools

També heu d’instal·lar i actualitzar primer el paquet Numpy:

sudo pip instal·la numpy

sudo pip --upgrade up numpy

Ja tindreu pip i Python al vostre RPi, però heu d’actualitzar a la versió més recent. Instal·leu totes les biblioteques Python amb l'ordre següent:

sudo pip install gitpython Coixí scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Probablement trigarà un temps.

Pas 10: Configuració de la zona horària i del mòdul RTC

Com que el temps precís juga un paper important en l'observació i detecció de meteorits, heu d'assegurar-vos que el vostre RPi mantingui l'hora correcta. Primer, configureu la zona horària a UTC (una zona horària estàndard entre els astrònoms) mitjançant l'ordre següent:

sudo dpkg-reconfigure tzdata

S’obrirà una interfície gràfica d’usuari que us guiarà durant tot el procés. Seleccioneu "Cap de les opcions anteriors" i després "UTC" i sortiu.

A continuació, haureu de configurar el mòdul RTC per mantenir el temps que fins i tot l’ordinador estigui apagat i fora de línia. Per configurar el mòdul, sovint se us demanarà que editeu d'alguna manera un fitxer. Feu-ho amb:

sudo nano

on substituireu per l'adreça del fitxer real. Quan hàgiu acabat, premeu Crtl + O i Crtl + X.

A més, quan se us demani que "comenteu" una línia de codi, feu-ho posant un signe # a l'inici de la línia en qüestió.

Afegiu les línies següents al final de /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = on

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

A continuació, reinicieu el vostre RPi:

sudo reiniciar

Després, elimineu el mòdul fake-hwclock, ja que ja no el necessiteu:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh habilita sudo update-rc.d fake-hwclock elimina

A continuació, comenteu les línies amb -systz al fitxer / lib / udev / hwclock-set.

Ara heu d’establir l’hora actual escrivint l’hora actual del sistema a RTC i desfer-vos del dimoni NTP redundant:

sudo hwclock -w

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

Més edició! Editeu el fitxer /etc/rc.local i afegiu l'ordre hwclock a sobre de la línia que diu sortida 0:

dorm 1

hwclock -s ntpdate-debian

Eviteu la configuració automàtica del rellotge a un valor diferent editant el fitxer / etc / default / hwclock i canviant el paràmetre H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = no

Ara heu de desactivar l’actualització del sistema RTC des del rellotge del sistema, ja que ja ho hem fet comentant la següent línia al fitxer /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =! / Usr / sbin / ntpd

Activeu el rellotge RTC executant:

sudo systemctl habilita hwclock-save.service

Per actualitzar el temps RTC cada 15 minuts, executeu això:

crontab -e

i seleccioneu el vostre editor de text preferit.

I al final del fitxer afegiu la línia següent:

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

Això actualitzarà el temps del rellotge RTC cada 15 minuts a través d'Internet.

Això és! Ja està preparat! Va ser fàcil, no? Tot el que heu de fer a continuació és reiniciar l'ordinador:

sudo reiniciar

Pas 11: habilitació del servei Watchdog

De vegades, el RPi es penja i es congela inexplicablement. El servei de vigilància reinicia essencialment el RPi automàticament quan el temporitzador registra que l’ordinador no ha fet res en un temps arbitrari.

Per habilitar el servei de vigilància completament, primer instal·leu el paquet de vigilància executant-lo al terminal:

sudo apt-get install watchdog

A continuació, carregueu el mòdul de servei manualment:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Afegiu un fitxer.config per carregar automàticament el mòdul i obriu-lo amb nano editor:

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

A continuació, afegiu aquesta línia al fitxer:

bcm2835_wdt

i després deseu el fitxer escrivint Ctrl + O i després Ctrl + X.

També heu d’editar un altre fitxer a / lib / systemd / system / watchdog.service executant-lo al terminal:

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

Ara afegiu una línia a la secció [Instal·la]:

[Instal·la]

WantedBy = multi-usuari.target

A més, una cosa que queda per fer és configurar el servei de vigilància. Primer obriu el fitxer.conf al terminal:

sudo nano /etc/watchdog.conf

i, a continuació, descomenteu [és a dir, traieu el signe d’etiqueta que hi ha al davant] la línia que comença amb # watchdog-device. També descomenteu la línia que diu # max-load-1 = 24.

Només queda habilitar i iniciar el servei:

sudo systemctl habilita watchdog.service

I llavors:

sudo systemctl iniciar watchdog.service

Pas 12: Obtenir el codi

El codi s’haurà de descarregar a / home / pi. Per descarregar-hi el codi, introduïu el següent al terminal:

cd

Podeu obtenir el codi obrint el terminal i executant:

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

Ara, per tal de compilar el codi descarregat i instal·lar totes les biblioteques Python, obriu el terminal i aneu a la carpeta on es clona el codi:

cd ~ / RMS

I després córrer:

sudo python setup.py install

Pas 13: Configuració del fitxer de configuració

Un dels passos més importants és configurar el fitxer de configuració. Haureu d'obrir el fitxer de configuració i editar-lo:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

El procés de configuració consisteix bàsicament en diverses parts:

En primer lloc, heu de configurar l'identificador de l'estació, que es troba al títol [Sistema]. Ha de ser un número de 3 dígits. Si el vostre RPi pertany a una organització astronòmica, us proporcionarà l'identificador de l'estació d'aquesta organització. Si no, podeu definir-lo vosaltres mateixos. A continuació, heu d’establir les coordenades del lloc on es troba la càmera, inclosa l’altura del lloc d’observació. La informació sobre les coordenades de qualsevol lloc es pot obtenir fàcilment a través de l'aplicació "Coordenades GPS" a Android o de l'aplicació "Dades GPS: coordenades, elevació, velocitat i brúixola" a iOS.

A continuació, heu de configurar la part [Captura] del fitxer de configuració. Només cal canviar la configuració de resolució de la càmera i el número FPS (Frames per Second).

Si teniu una càmera NTSC (Amèrica del Nord), tindreu una resolució de pantalla de 720 x 480 i el vostre FPS serà de 29,97.

Si teniu una càmera del sistema PAL (Europa), tindreu una resolució de pantalla de 720 x 576 i el vostre FPS serà 25. Haureu d’emplenar les dades del fitxer.config segons aquests paràmetres.

Un cop hàgiu acabat la configuració del fitxer de configuració, premeu Ctrl + O per desar els canvis al fitxer i Crtl + X per sortir.

Pas 14: Configuració de la càmera

Per al començament de la configuració de la càmera, haureu de llançar una vegada més el mplayer que permet la comunicació amb la càmera al terminal.

Si teniu una càmera NTSC, escriviu-la al terminal:

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

Si vius a Europa, executa això:

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

A continuació, s'obrirà la finestra de mplayer i veureu exactament el que està capturant la vostra càmera. Ara heu de fer una configuració manual de la càmera. Primer heu de prémer el botó central "SET" de la part posterior de la càmera, que obrirà un menú. Podeu navegar-hi mitjançant els botons al voltant del botó SET.

A continuació, heu d’obrir el fitxer RMS / Guides / icx673_settings.txt a través del terminal o a Github, i només cal que copieu la configuració donada al fitxer a la càmera navegant pel menú i canviant la configuració de la càmera tal com es descriu a aquí:

LENT - MANUAL

OBTURADOR / AGC - MODALITAT MANUAL (ENTER) - SHT + AGT obturador - AGC - 18 BLANC BALLANCE - ANTI CR BACKLIGHT - OFF PICT AJUSTMENT (ENTER) MIRROR - OFF BRIGHTNESS - 0 CONTRAST - 255 SHARPNESS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF DETECCIÓ DE MOVIMENT - OFF ……… Premeu NEXT ……… PRIVACITAT - OFF DIA / NIT - B / N (OFF, OFF, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF Y NIVELL - - NIVELL C - - ID CAM - SÍNCRO DESACTIVAT - INT LANG - ENG ……… DESA TOTA LA SORTIDA

Aquests paràmetres faran que la càmera sigui òptima per a la detecció nocturna de meteors.

Si la imatge sembla massa fosca (no es veuen estrelles), podeu establir el paràmetre AGC a 24.

Si la pantalla del mplayer es torna verda, premeu Crtl + C a la finestra del terminal. Obriu una altra finestra de Terminal i escriviu l'ordre següent dues vegades:

sudo killall mplayer

Pas 15: Finalment! Execució del programari

Primer, proveu la configuració executant StartCapture durant 0,1 hores (6 minuts):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Si tot està bé amb la configuració, hauria d'aparèixer una finestra completament blanca. En algun lloc de la part superior de la finestra hi haurà una línia que diu "Maxpixel". Si la finestra no s'obre, o el procés de captura no s'inicia, aneu al "Pas 16: resolució de problemes".

Ja esteu preparats per començar a capturar dades i detectar meteors. Tot el que heu de fer ara és executar el codi al terminal:

python -m RMS. StartCapture

Això començarà a capturar-se després de la posta de sol i deixarà de capturar-lo a l'alba.

Les dades es desaran a / home / pi / RMS_data / CapturedFiles i es guardaran els fitxers amb les deteccions de meteorits / home / pi / RMS_data / ArchivedFiles.

Totes les deteccions de meteorits durant una nit de detecció s’emmagatzemaran en un fitxer *.tar.gz a / home / pi / RMS_data / ArchivedFile s.

Pas 16: resolució de problemes

Problema GTK

De vegades i en alguns dispositius, sembla que no hi ha cap finestra "Maxpixel" que s'hauria de representar abans de la captura i que hi ha un advertiment al registre de RMS.

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: s'han detectat símbols GTK + 2.x. No s’admet l’ús de GTK + 2.x i GTK + 3 en el mateix procés

Haureu d’instal·lar un paquet amb apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Per solucionar l'error i començar a capturar, executeu:

pitó

I llavors:

>> importar matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Això imprimirà la ubicació del fitxer de configuració de la biblioteca python matplotlib, per exemple: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data / matplotlibrc

Editeu el fitxer mitjançant l'editor nano:

sudo nano

I quan estigueu al fitxer, substituïu la línia que diu:

backend: gtk3agg

amb aquesta línia:

backend: Qt4Agg

També heu de descomentar la línia:

# backend.qt4: PyQt4

Deseu el fitxer i ja heu acabat.

La instal·lació d'Astropy ha fallat

Si el mòdul astropy python no s’instal·la i el missatge d’error que apareix diu:

ImportError: cap mòdul anomenat _build_utils.apple_accelerate

Aleshores probablement necessiteu una versió més recent de numpy. Per tant, continueu i actualitzeu numpy per resoldre el problema:

sudo pip --upgrade up numpy

Després de fer-ho, també heu de fer una reinstal·lació completa dels mòduls Python i altres paquets, tal com es descriu al pas 9.

Pas 17: Resultats

Aquí teniu algunes imatges de meteorits que hem obtingut de la captura dels meteors i de l'execució del programari instal·lat anteriorment.