Raspberry Pi Meteor -asema: 17 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tämän opetusohjelman tavoitteena on rakentaa täysin toimiva meteorien havaitsemiseen tarkoitettu videokamera, jota voit käyttää myöhemmin meteorien havaitsemiseen ja havaintoihin. Käytetyt materiaalit ovat suhteellisen halpoja, ja ne voidaan helposti ostaa paikallisesta teknikaupastasi. Kaikki tässä projektissa käytetyt ohjelmistot ovat avoimen lähdekoodin ja itse projekti on avoimen lähdekoodin.

Löydät lisätietoja hankkeesta Hackadaystä ja Croatian Meteor Networkin Githubista.

Vaihe 1: Vaatimukset ja materiaalit

Käytetyt materiaalit ovat:

• Raspberry Pi 3 -tietokone
• Luokan 10 mikro -SD -kortti, 32 Gt tai enemmän
• micro SD -kortin sovitin
• 5 V: n virtalähde RPi: lle, jonka maksimivirta on vähintään 2A
• RPi -kotelo tuulettimella
• Jäähdytyselementit
• RTC (Real Time Clock) -moduuli - DS3231 RTC -moduuli
• EasyCap (piirisarja UTV007) videon digitoija (muilla on ongelmia RPi: n kanssa)
• Sony Effio 673 CCTV -kamera ja laajakamera (4 mm tai 6 mm)
• 12V kameran virtalähde
• Valvontakameran kotelo
• Johdot ja kaapelit
• LISÄVARUSTE: HDMI -VGA -sovitin

Vaihe 2: RPi -materiaalien asettaminen

Aloitamme ensin itse RPi: n asettamisesta. Tätä varten tarvitsemme seuraavat materiaalit:

• Raspberry Pi 3
• 3 jäähdytyselementtiä
• RPi -muovilaatikko tuulettimella
• RTC -moduuli
• Sd-kortti

Vaihe 3: Raspbianin asentaminen

Nyt sinun on asennettava Raspbian, RPi -käyttöjärjestelmä mikro -SD -kortillesi. Raspbian Jessien (käyttöjärjestelmäkuva, joka toimii tämän nykyisen kameran asetusten kanssa) saat tästä linkistä: Raspbianin lataaminen

Lisäksi sinulla on oltava micro SD -korttisovitin käyttöjärjestelmän asentamiseksi kortille.

Jos SD -korttisi ei ole aivan uusi, sinun on alustettava kortti ennen Raspbianin asentamista. Löydät ohjeet Raspbianin asentamiseen ja SD -kortin alustamiseen tästä linkistä: Raspbianin asentaminen

Vaihe 4: Jäähdytyselementit ja SD -kortti

Aloitamme liimalla jäähdytyselementit levyn suorittimeen ja näytönohjaimeen sekä näytönohjaimen takaosaan. Ensin sinun on irrotettava sininen kansi, jonka alla on tahmea pinta, joka kiinnittyy edellä mainittuihin yksiköihin. Kuorintaosa voi olla hieman hankala, mutta voit käyttää mitä tahansa terävää esinettä kannen poistamiseen suhteellisen helposti.

Tämän jälkeen sinun on asetettava Raspbianin asentama SD -kortti RPi: n SD -korttiporttiin (katso SD -korttiportin sijainti kohdasta 6.)

Vaihe 5: Laatikon ja tuulettimen kokoaminen

Tämän jälkeen voit siirtyä laatikon kokoonpanoon, jossa RPi on. Laatikko on valmistettu muovista ja on jälleen peitetty helposti irrotettavalla kalvolla. Suosittelemme, että aloitat laatikon kasaamisen RPi -levyn sivuilta, sillä silloin voit helposti tunnistaa, kumpi puoli on ja kuinka tarkasti laatikko on koottava tunnistamalla sivuilla olevat aukot. Sitten kiinnität laatikon pohjan. Varmista, että alapuolella oleva reikä on kohdakkain grafiikkasuorittimen kanssa.

Tämän jälkeen voit kiinnittää laatikon yläosan. Pienemmät "jalat", jotka tulevat ulos yläpuolen molemmilta puolilta, on kohdistettava pieniin reikiin laatikon kummallakin puolella. Tässä vaiheessa sinun on ehdottomasti varmistettava, että laatikon yläosa on GPIO -nastajärjestyksen päällä. Jatkaessasi voit nyt liittää RTC -moduulin. Se voidaan kiinnittää neljään ensimmäiseen GPIO -nastaan kohti levyn keskustaa, kuten kuvassa. Viimeistele RPi -laitteistosi asennus vain kiinnittämällä tuuletin levyn yläosaan. Tuulettimen, kuten jäähdytyselementtien, tehtävänä on mahdollistaa RPi: n optimaalinen jäähdytys ja suorituskyky, kun se on raskaan laskennallisen kuormituksen alaisena. Kierrä tuuletin ensin paikalleen pienellä ristiruuvilla ruuvit ja tuulettimen logo kohti laatikkoa. Tämän jälkeen puhallinkaapeli on liitettävä GPIO -nastoihin 2 ja 3 laatikon ulkopuolelle päin. Jos osa ruuveista näyttää häiritsevän itse levyä ja/tai eivät salli laatikon täydellistä sulkemista, voit tietysti ruuvata osa ruuveista niin, että ne osoittavat laatikon ulkopuolelle. Jos tuuletin ei näytä toimivan, yritä kytkeä tuulettimen kaapeli uudelleen nastoihin tai jopa juottaa löysä kaapeli tuulettimeen.

Vaihe 6: Oheislaitteiden liittäminen

Tässä prosessin osassa muutat RPi -korttisi käyttökelpoiseksi tietokoneeksi.

Tätä varten tarvitset:

• LISÄVARUSTE: HDMI -VGA -kaapeli
• hiiri
• näppäimistö
• Monitori
• Monitori- ja RPi -virtajohdot

Aloita liittämällä näyttö RPi -laitteeseen. RPi: n käyttämä videoportti on HDMI, joten jos sinulla ei ole HDMI -kaapelia tai näyttöä (esimerkiksi jos sinulla on VGA -kaapeli), sinun on ostettava HDMI -VGA -sovitin. HDMI -portti sijaitsee RPi -yksilevyisen tietokoneen toisella puolella. Tämän jälkeen voit liittää näppäimistön ja hiiren RPi: hen USB -porttien kautta. Kun olet määrittänyt perus- ja lähtölaitteet, voit kytkeä RPi: n virtalähteeseen käyttämällä kortin mukana toimitettua sovitinta ja kaapelia. On tärkeää huomata, että RPi: n käyttämiseen käytettävän sähkön tehon on oltava vähintään 2,5 A.

Vaihe 7: Kameran laitteiston asennus

Tässä vaiheessa teet kamerasi laitteistoasetukset ja liität sen RPI: hen.

Tätä varten tarvitset seuraavat:

• EasyCap ADC (analoginen -digitaalinen muunnin) - piirisarja UTV007
• Sonyn Effio -CCTV -kamera
• Johdot ja kaapelit

Kaapelin asennus ja kokoonpano on yleensä sinun. Pohjimmiltaan kamera on kytkettävä virtalähteeseen jonkinlaisella virtajohdolla ja kameran signaalin ulostulo kameraan. Näet kokoonpanomme yllä olevista kuvista. Kameran signaalikaapeli on kytkettävä EasyCap ADC: n keltaiseen naaraskaapeliin. EasyCapin muita kaapeleita ei tarvita. Nyt voit liittää EasyCapin RPi -laitteeseesi. Koska sinulla ei todennäköisesti ole tarpeeksi tilaa Pi: n USB -paikkojen ympärillä, suosittelemme, että liität ADC: n USB -jatkokaapelilla.

VAROITUS: EasyCap ADC ja piirisarjat STK1160, Empia tai Arcmicro eivät toimi. Ainoa tuettu piirisarja on UTV007.

Vaihe 8: Kameran testaaminen

Konfiguraation testaamiseksi sinun on tarkistettava RPi: lle lähetetty signaali.

Tästä lähtien asennat kaikki ohjelmistot käyttämällä päätelaitetta, joka on komentorivin käyttöliittymä. Koska käytät sitä hyvin usein, on tärkeää huomata, että se voidaan avata pikanäppäimellä: Crtl+Alt+T.

Asenna ensin mplayer päätelaitteen kautta käyttämällä tätä komentoa:

sudo apt-get install mplayer

Tämä on ohjelma videon katsomiseen kamerasta.

Seuraavaksi sinun on suoritettava mplayer. Jos sinulla on NTSC -kamera (Pohjois -Amerikan standardi), suorita tämä päätelaitteessa:

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

Jos sinulla on PAL -kamera (Eurooppa), kirjoita seuraava:

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

Jos kirjoitat komentoja manuaalisesti päätelaitteessa, varmista, että edellisen komennon "driver = v4l2" -osan oikea merkki ei ole yksi ('1'), vaan pieni L -kirjain ('l'). Suosittelemme kuitenkin vain komentojen kopioimista ja liittämistä käyttämällä Ctrl+Vaihto+C kopiointia varten ja Ctrl+Vaihto+V komentojen liittämiseksi päätelaitteeseen. Tämä tekee asennusprosessista paljon helpompaa ja nopeampaa.

Jos kamera on liitetty oikein, näet kameran videosyötteen. Jos ei, tarkista edelliset vaiheet uudelleen ja varmista, että olet noudattanut niitä oikein.

Vaihe 9: Asenna kaikki tarvittavat ohjelmistot

Seuraavaksi sinun on asennettava kaikki tarvittavat ohjelmistot. Suorita ensin tämä:

sudo apt-get päivitys

Ja päivitä kaikki paketit:

sudo apt-get päivitys

Voit asentaa kaikki järjestelmäkirjastot käyttämällä seuraavaa komentoa:

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

Koska meteorien havaitsemiseen käytettävä koodi on kirjoitettu Pythonissa, sinun on myös asennettava joitain Python -moduuleja, joita käytetään koodissa. Aloita ensin asentamalla pip (Pip Installs Packages) päätelaitteesta:

sudo pip install -U pip setuptools

Sinun on myös ensin asennettava ja päivitettävä Numpy -paketti:

sudo pip asenna numpy

sudo pip -päivitä numpy

Sinulla on jo pip ja Python RPi: ssäsi, mutta sinun on päivitettävä uusimpaan versioon. Asenna kaikki Python -kirjastot seuraavalla komennolla:

sudo pip asenna gitpython Tyyny scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Tämä kestää todennäköisesti jonkin aikaa.

Vaihe 10: Aikavyöhykkeen ja RTC -moduulin määrittäminen

Koska tarkka aika on tärkeä rooli meteorien havainnoinnissa ja havaitsemisessa, sinun on varmistettava, että RPi pitää oikean ajan. Aseta ensin aikavyöhykkeesi UTC: ksi (tavallinen aikavyöhyke tähtitieteilijöiden keskuudessa) käyttämällä seuraavaa komentoa:

sudo dpkg-uudelleenkonfiguroi tzdata

Tämä avaa graafisen käyttöliittymän, joka opastaa sinua prosessin aikana. Valitse 'Ei mikään yllä olevista' ja sitten 'UTC' ja poistu.

Seuraavaksi sinun on asetettava RTC -moduuli pitämään aikaa, vaikka tietokone on sammutettu ja offline -tilassa. Moduulin asentamista varten sinua pyydetään usein muokkaamaan tiedostoa. Tee se:

sudo nano

jossa voit korvata tiedoston todellisella osoitteella. Kun olet valmis, paina Crtl+O ja Crtl+X.

Lisäksi kun sinun on "kommentoitava" koodirivi, tee se asettamalla # -merkki kyseisen rivin alkuun.

Lisää seuraavat rivit /boot/config.txt -tiedoston loppuun:

dtparam = i2c_arm = päällä

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Käynnistä sitten RPi uudelleen:

sudo uudelleenkäynnistys

Poista sen jälkeen fake-hwclock-moduuli, koska et enää tarvitse sitä:

sudo apt-get poista fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh ota käyttöön sudo update-rc.d fake-hwclock poista

Kommentoi seuraavaksi rivit -systz -tiedostolla/lib/udev/hwclock -set.

Nyt sinun on asetettava nykyinen aika kirjoittamalla nykyinen järjestelmäaika RTC: hen ja päästä eroon tarpeettomasta NTP -demonista:

sudo hwclock -w

sudo apt-get poista ntp sudo apt-get install ntpdate

Lisää editointia! Muokkaa /etc/rc.local -tiedostoa ja lisää komento hwclock rivin yläpuolelle, joka sanoo exit 0:

nukkua 1

hwclock -s ntpdate -debian

Estä kellon automaattinen asettaminen eri arvoon muokkaamalla tiedostoa/etc/default/hwclock ja muuttamalla H WCLOCKACCESS -parametria:

HWCLOCKACCESS = ei

Nyt sinun on poistettava RTC-järjestelmän päivitys käytöstä järjestelmän kellosta, koska olemme jo tehneet sen kommentoimalla seuraavan rivin tiedostossa /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Ota RTC -kello käyttöön suorittamalla:

sudo systemctl ottaa käyttöön hwclock-save.service

Jos RTC -aika päivitetään 15 minuutin välein, suorita tämä:

crontab -e

ja valitse haluamasi tekstieditori.

Ja lisää tiedoston loppuun seuraava rivi:

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

Tämä päivittää RTC -kelloajan 15 minuutin välein Internetin välityksellä.

Se on siinä! Olet valmis! Tämä oli helppoa, eikö? Seuraavaksi sinun tarvitsee vain käynnistää tietokone uudelleen:

sudo uudelleenkäynnistys

Vaihe 11: Vartiopalvelun ottaminen käyttöön

RPi jumittuu ja jäätyy joskus selittämättömästi. Vartiopalvelu käynnistää RPi: n uudelleen automaattisesti, kun sen ajastin havaitsee, että tietokone ei ole tehnyt mitään mielivaltaisen ajan kuluessa.

Jotta vahtikoirapalvelu voidaan ottaa kokonaan käyttöön, asenna ensin vahtikoirapaketti suorittamalla tämä päätelaitteessa:

sudo apt-get install watchdog

Lataa sitten huoltomoduuli manuaalisesti:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Lisää.config -tiedosto ladataksesi moduulin automaattisesti ja avaa se nano -editorilla:

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

Lisää sitten tämä rivi tiedostoon:

bcm2835_wdt

ja tallenna tiedosto kirjoittamalla Ctrl+O ja sitten Ctrl+X.

Sinun on myös muokattava toista tiedostoa/lib/systemd/system/watchdog.service suorittamalla tämä päätteessä:

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

Lisää nyt rivi [Asenna] -osaan:

[Asentaa]

WantedBy = usean käyttäjän.target

Lisäksi yksi asia, joka on tehtävä, on itse vahtikoirapalvelun määrittäminen. Avaa ensin.conf -tiedosto päätteessä:

sudo nano /etc/watchdog.conf

ja poista sitten kommentti [eli poista hashtag-merkki sen edestä] rivi, joka alkaa #watchdog-device -laitteella. Poista myös kommentti #max-load-1 = 24.

Jäljellä on vain palvelun ottaminen käyttöön ja käynnistäminen:

sudo systemctl ota käyttöön watchdog.service

Ja sitten:

sudo systemctl käynnistä watchdog.service

Vaihe 12: Koodin hankkiminen

Koodi on ladattava kansioon /home /pi. Jos haluat ladata koodin sinne, kirjoita päätelaitteeseen seuraava:

CD

Voit saada koodin avaamalla päätelaitteen ja suorittamalla:

git -klooni "https://github.com/CroatianMeteorNetwork/RMS.git"

Nyt voit koota ladatun koodin ja asentaa kaikki Python -kirjastot avaamalla päätelaitteen ja siirtymällä kansioon, johon koodi on kloonattu:

cd ~/RMS

Ja sitten juosta:

sudo python setup.py install

Vaihe 13: Määritystiedoston määrittäminen

Yksi tärkeimmistä vaiheista on kokoonpanotiedoston määrittäminen. Sinun on avattava asetustiedosto ja muokattava sitä:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Asennusprosessi koostuu periaatteessa useista osista:

Ensinnäkin sinun on määritettävä asemasi tunnus, joka löytyy otsikon [Järjestelmä] alta. Sen on oltava 3 -numeroinen numero. Jos RPi kuuluu tähtitieteelliseen organisaatioon, asematunnus annetaan sinulle kyseiseltä organisaatiolta. Jos ei, voit asettaa tunnuksen itse. Seuraavaksi sinun on asetettava kameran sijainnin koordinaatit, mukaan lukien havaintopaikan korkeus. Tietoja minkä tahansa paikan koordinaateista on helppo saada Androidin GPS -koordinaatit -sovelluksen tai iOS: n GPS -tiedot - Koordinaatit, korkeus, nopeus ja kompassi -sovelluksen kautta.

Seuraavaksi sinun on määritettävä [Capture] -osa määritystiedostosta. Sinun tarvitsee vain muuttaa kameran tarkkuusasetuksia ja FPS -numeroa (Frames Per Second).

Jos sinulla on NTSC -kamera (Pohjois -Amerikka), näytön resoluutio on 720 x 480 ja FPS on 29,97.

Jos sinulla on PAL -järjestelmäkamera (Eurooppa), näytön resoluutio on 720 x 576 ja FPS on 25. Täytä.config -tiedoston tiedot näiden parametrien mukaisesti.

Kun olet määrittänyt määritystiedoston, tallenna muutokset tiedostoon painamalla Ctrl+O ja poistu painamalla Crtl+X.

Vaihe 14: Kameran käyttöönotto

Kameran asennuksen aloittamiseksi sinun on jälleen käynnistettävä mplayer, joka mahdollistaa tiedonsiirron kameran kanssa päätelaitteessa.

Jos sinulla on NTSC -kamera, kirjoita tämä päätelaitteeseen:

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

Jos asut Euroopassa, suorita tämä:

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

Sitten mplayer -ikkuna avautuu ja näet tarkalleen, mitä kamerasi kaappaa. Nyt sinun on määritettävä kamera manuaalisesti. Ensin sinun on painettava keskellä olevaa SET -painiketta kameran takana, jolloin valikko avautuu. Voit selata sitä SET -painikkeen ympärillä olevilla painikkeilla.

Seuraavaksi sinun on avattava RMS/Guides/icx673_settings.txt -tiedosto joko päätelaitteen tai Githubin kautta ja kopioitava tiedostossa annetut asetukset kameraasi selaamalla valikkoa ja muuttamalla kameran asetuksia kohdassa tässä:

LENSSI - KÄSIKIRJA

SULJIN/AGC - MANUAALINEN (ENTER) -TILA - SHT+AGC -SULJIN - AGC - 18 VALKOINEN BALLANSSI - ANTI CR -TAUSTAVALO - POIS PICT SÄÄTÖ (ENTER) PEILI - POIS KIRKKAUS - 0 KONTRASTI - 255 TERÄVYYS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - POIS PÄÄLTÄ - POIS LIIKETUNNISTUS - POIS ……… Paina NEXT ……… TIETOSUOJA - POIS PÄIVÄ/YÖ - M/V (POIS, POIS, -, -) NR (ENTER) NR -TILA - POIS Y TASO - - C TASO - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - FIN ……… SAVE ALL EXIT

Nämä asetukset tekevät kamerasta optimaalisen meteorien havaitsemiseen yöllä.

Jos kuva näyttää liian tummalta (tähtiä ei näy), voit asettaa AGC -parametriksi 24.

Jos mplayer -näyttö muuttuu vihreäksi, paina Crtl+C sen pääteikkunassa. Avaa toinen pääteikkuna ja kirjoita seuraava komento kaksi kertaa:

sudo killall mplayer

Vaihe 15: Lopuksi! Ohjelmiston suorittaminen

Testaa ensin asetukset suorittamalla StartCapture 0,1 tuntia (6 minuuttia):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Jos asetukset ovat kunnossa, näkyviin tulee täysin valkoinen ikkuna. Jossain ikkunan yläosassa on rivi, joka sanoo "Maxpixel". Jos ikkuna ei avaudu tai kaappausprosessi ei käynnisty lainkaan, siirry vaiheeseen 16: Vianmääritys.

Olet nyt valmis tietojen keräämisen ja meteorien havaitsemisen aloittamiseen. Sinun tarvitsee vain suorittaa koodi terminaalissa:

python -m RMS. StartCapture

Tallennus alkaa auringonlaskun jälkeen ja pysähtyy aamunkoitteessa.

Tiedot tallennetaan kansioon/home/pi/RMS_data/CapturedFiles ja tiedostot, joissa on meteoritunnistukset, tallennetaan/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Kaikki yhden yön havaintojen meteoritunnistukset tallennetaan *.tar.gz -tiedostoon/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Vaihe 16: Vianetsintä

GTK -ongelma

Joskus ja joillakin laitteilla ei näytä olevan Maxpixel -ikkunaa, joka olisi tehtävä ennen sieppausta ja että RMS: ssä on varoitus.

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: GTK+ 2.x -symbolit havaittu. GTK+ 2.x: n ja GTK+ 3: n käyttöä samassa prosessissa ei tueta

Sinun on asennettava paketti apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Korjaa virhe ja aloita kaappaus suorittamalla:

python

Ja sitten:

>> tuo matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Tämä tulostaa matplotlib-python-kirjaston määritystiedoston sijainnin, esim. /Usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Muokkaa tiedostoa käyttämällä nano -editoria:

sudo nano

Ja kun olet tiedostossa, korvaa rivi, joka sanoo:

taustaohjelma: gtk3agg

tällä rivillä:

taustaohjelma: Qt4Agg

Sinun on myös poistettava kommentti:

#backend.qt4: PyQt4

Tallenna tiedosto ja olet valmis!

Astropyn asennus epäonnistui

Jos astropy python -moduulin asennus epäonnistuu ja näytössä näkyy virheilmoitus:

ImportError: Ei moduulia nimeltä _build_utils.apple_accelerate

Sitten tarvitset todennäköisesti uudemman version numpysta. Joten mene eteenpäin ja päivitä numpy ongelman ratkaisemiseksi:

sudo pip -päivitä numpy

Tämän jälkeen sinun on myös asennettava python -moduulit ja muut paketit uudelleen, kuten vaiheessa 9 on kuvattu.

Vaihe 17: Tulokset

Tässä on muutamia meteorikuvia, jotka saimme sieppaamalla meteorit ja suorittamalla aiemmin asennetun ohjelmiston.