Raspberry Pi Meteor Station: 17 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Målet med denne opplæringen er at du skal bygge et fullt fungerende meteordetekteringsvideokamera som du senere kan bruke til meteordeteksjon og observasjoner. Materialene som brukes vil være relativt billige, og kan enkelt kjøpes i din lokale tech -butikk. All programvare som brukes i dette prosjektet er åpen kildekode, og selve prosjektet er åpen kildekode.

Du finner mer informasjon om prosjektet på Hackaday og på Croatian Meteor Network's Github.

Trinn 1: Krav og materialer

Materialene som brukes er:

• Raspberry Pi 3 datamaskin
• Klasse 10 micro SD -kort, 32 GB lagringsplass eller høyere
• micro SD -kortadapter
• 5V strømforsyning for RPi med maksimal strøm på minst 2A
• RPi -veske med vifte
• Kjøler
• RTC -modul (sanntidsklokke) - DS3231 RTC -modul
• EasyCap (brikkesett UTV007) videodigitaliseringsprogram (de andre har problemer med RPi)
• Sony Effio 673 CCTV -kamera og vidvinkelobjektiv (4 mm eller 6 mm)
• 12V kamera strømforsyning
• Sikkerhetskamerahus
• Kabling og kabler
• VALGFRITT: HDMI til VGA -adapter

Trinn 2: Sette opp RPi - Materialer

Vi starter først med å sette opp selve RPi. For å gjøre det trenger vi følgende materialer:

• Raspberry Pi 3
• 3 varmeavleder
• RPi plastboks med vifte
• RTC -modul
• SD kort

Trinn 3: Installere Raspbian

Nå må du installere Raspbian, RPi's OS på micro SD -kortet. Du kan få Raspbian Jessie (OS -bildet som fungerer med dette gjeldende kameraoppsettet) på denne lenken: Last ned Raspbian

Du må også ha en micro SD -kortadapter for å installere operativsystemet på kortet.

Hvis SD -kortet ditt ikke er helt nytt, må du formatere kortet før du installerer Raspbian. Du finner guiden for installering av Raspbian og formatering av SD -kortet på denne lenken: Installering av Raspbian

Trinn 4: Kjøleribber og SD -kort

Vi begynner med å lime varmeelementene til CPU og GPU på brettet, så vel som baksiden av GPU. Først må du fjerne det blå dekselet som er en klebrig overflate som fester seg til de nevnte enhetene. Den avskallende delen kan være litt vanskelig, men du kan bruke en hvilken som helst skarp gjenstand til å fjerne dekselet relativt enkelt.

Etter det må du sette SD -kortet du installerte Raspbian på i SD -kortporten på RPi (for plassering av SD -kortporten, se trinn 6.)

Trinn 5: Montering av esken og viften

Etter det kan du gå videre til å sette sammen esken som RPi -en din skal være i. Boksen er laget av plast og er igjen dekket av en folie som lett løsner. Vi foreslår at du begynner å montere esken fra sidene på RPi -kortet, da kan du enkelt identifisere hvilken side som er og hvor nøyaktig boksen må settes sammen ved å gjenkjenne portsporene på sidene. Deretter fester du bunnen av esken. Sørg for at hullet på undersiden er på linje med GPU -en.

Etter det kan du feste oversiden av esken. De mindre bena som kommer ut på begge sider av oversiden må justeres med små hull på hver side av esken. I dette punktet må du absolutt sørge for at den øverste delen av boksen er over GPIO -pinnene. Når du fortsetter, kan du nå koble til RTC -modulen. Den kan festes til de fire første GPIO -pinnene som ser mot midten av brettet, som vist på bildet. Fullfør nå jobben med å sette opp maskinvaren til RPi ved å bare feste viften på oversiden av brettet. Viftens rolle, den samme som for varmeavlederne, er å muliggjøre optimal kjøling og ytelse av RPi -en når den er tungt beregnet. Du skruer først viften på plass ved å bruke en liten kryssskrue, med skruene og viftelogoen pekende mot innsiden av esken. Deretter må viftekabelen kobles til GPIO -pinner 2 og 3, og se mot utsiden av esken. Hvis noen av skruene ser ut til å forstyrre selve brettet og/eller ikke tillater at boksen er helt lukket, kan du selvfølgelig skru noen av dem slik at de peker mot utsiden av esken. Hvis det ikke ser ut til at viften fungerer, kan du prøve å koble viftekabelen til pinnene igjen eller til og med lodde den løse kabelen til viften.

Trinn 6: Koble til eksterne enheter

I denne delen av prosessen vil du gjøre RPi -kortet om til en brukbar datamaskin.

For dette trenger du:

• VALGFRITT: HDMI til VGA -kabel
• mus
• tastatur
• Observere
• Monitor og RPi strømkabler

Du begynner med å koble skjermen til din RPi. Videoporten som RPi bruker er HDMI, så hvis du ikke har en HDMI -kabel eller skjerm (for eksempel hvis du har en VGA -kabel), må du kjøpe en HDMI TO VGA -adapter. HDMI -porten er plassert på en av sidene på RPi -enkeltkortdatamaskinen. Etter det kan du koble tastaturet og musen til RPi via USB -portene. Etter at du har konfigurert de grunnleggende inngangs- og utgangsenhetene, kan du koble RPi -en til en strømkilde ved å bruke adapteren og kabelen som fulgte med kortet. Det er viktig å merke seg at strømmen til strømmen som brukes til å kjøre RPi må være minst 2,5 A.

Trinn 7: Maskinvareoppsett av kameraet

I dette trinnet vil du gjøre et maskinvareoppsett av kameraet ditt og koble det til RPI.

For dette trenger du følgende:

• EasyCap ADC (analog -digital omformer) - brikkesett UTV007
• Sony Effio CCTV -kamera
• Kabling og kabler

Kabeloppsettet og konfigurasjonen er vanligvis opp til deg. I utgangspunktet må du koble kameraet til strømforsyningen med en slags strømkabel og kamerasignalutgangen til kameraet. Du kan se vår konfigurasjon på bildene ovenfor. Du må koble kamerasignalkabelen til den gule hunnkabelen på EasyCap ADC. De andre kablene til EasyCap vil ikke være nødvendig. Nå kan du koble EasyCap til RPi. Siden du sannsynligvis ikke har nok plass rundt Pi -området for USB -spor, foreslår vi at du kobler ADC -en med en USB -forlengelseskabel.

ADVARSEL: EasyCap ADC med brikkesett STK1160, Empia eller Arcmicro fungerer ikke. Det eneste brikkesettet som støttes er UTV007.

Trinn 8: Testing av kameraet

For å teste konfigurasjonen må du sjekke signalet som sendes til RPi -en din.

Fra nå av vil du installere all programvare ved hjelp av terminalen, som er et kommandolinjegrensesnitt. Siden du kommer til å bruke det veldig ofte, er det viktig å merke seg at det kan åpnes via hurtigtasten: Crtl+Alt+T.

Installer først mplayer via terminalen ved å bruke denne kommandoen:

sudo apt-get install mplayer

Dette er et program for visning av video fra kameraet.

Deretter må du kjøre mplayer. Hvis du har et NTSC -kamera (nordamerikansk standard), kan du kjøre dette på terminalen:

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

Hvis du har et PAL -kamera (Europa), skriver du inn følgende:

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

Hvis du skriver kommandoene manuelt i terminalen, må du kontrollere at det riktige tegnet i "driver = v4l2" -delen av den forrige kommandoen ikke er en ('1'), men en liten L -bokstav ('l'). Vi anbefaler imidlertid på det sterkeste å bare kopiere og lime inn kommandoene ved hjelp av Ctrl+Shift+C for kopiering og Ctrl+Shift+V for å lime inn kommandoer inne i terminalen. Dette gjør oppsettsprosessen mye enklere og mye raskere.

Hvis kameraet er riktig tilkoblet, ser du videostrømmen fra kameraet. Hvis ikke, sjekk de forrige trinnene igjen og kontroller at du fulgte dem riktig.

Trinn 9: Installere all nødvendig programvare

Deretter må du installere all nødvendig programvare. Kjør først dette:

sudo apt-get oppdatering

Og oppgrader alle pakkene:

sudo apt-get oppgradering

Du kan installere alle systembibliotekene ved å bruke følgende kommando:

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 -utvikling

Siden koden som brukes til å oppdage meteorer er skrevet i Python, må du også installere noen Python -moduler som brukes i koden. Start først med å installere pip (Pip Installs Packages) fra terminalen:

sudo pip install -U pip setuptools

Du må også installere og oppdatere Numpy -pakken først:

sudo pip installer numpy

sudo pip -oppgradering numpy

Du vil allerede ha pip og Python på RPi, men du må oppgradere til den nyeste versjonen. Installer alle Python -bibliotekene med følgende kommando:

sudo pip installer gitpython Pute scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Dette vil trolig ta litt tid.

Trinn 10: Konfigurere tidssonen og RTC -modulen

Siden nøyaktig tid spiller en viktig rolle i meteorobservasjon og -deteksjon, må du sørge for at RPi -en din holder riktig tid. Sett først tidssonen din til UTC (en standard tidssone blant astronomer) ved å bruke følgende kommando:

sudo dpkg-omkonfigurer tzdata

Dette vil åpne en GUI som vil guide deg gjennom prosessen. Velg 'Ingen av de ovennevnte' og deretter 'UTC' og avslutt.

Deretter må du konfigurere RTC -modulen for å holde tiden selv datamaskinen er slått av og frakoblet. For å sette opp modulen blir du ofte bedt om å redigere en fil på en eller annen måte. Gjør det med:

sudo nano

hvor du vil erstatte med den faktiske filadressen. Når du er ferdig, trykker du på Crtl+O og Crtl+X.

Når du også må kommentere en kodelinje, gjør du det ved å plassere et # -tegn på begynnelsen av den aktuelle linjen.

Legg til følgende linjer på slutten av /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = på

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Start deretter RPi -en på nytt:

sudo omstart

Etter det fjerner du den falske-klokkemodulen siden du ikke trenger den lenger:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh aktiver sudo update-rc.d fake-hwclock fjern

Kommenter deretter linjene med -systz i filen/lib/udev/hwclock -set.

Nå må du angi gjeldende tid ved å skrive gjeldende systemtid til RTC, og bli kvitt den overflødige NTP -demonen:

sudo hwclock -w

sudo apt-get fjern ntp sudo apt-get install ntpdate

Mer redigering! Rediger /etc/rc.local -filen og legg til hwclock -kommandoen over linjen som sier exit 0:

sove 1

hwclock -s ntpdate -debian

Forhindre automatisk innstilling av klokken til en annen verdi ved å redigere filen/etc/default/hwclock og endre parameteren H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = nei

Nå må du deaktivere oppdateringen av RTC-systemet fra systemklokken, siden vi allerede har gjort det ved å kommentere følgende linje i filen /lib/systemd/system/hwclock-save.service-filen:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Aktiver RTC -klokken ved å kjøre:

sudo systemctl aktiver hwclock-save.service

For at RTC -tiden skal oppdateres hvert 15. minutt, kjører du dette:

crontab -e

og velg din favoritt tekstredigerer.

Og på slutten av filen legger du til følgende linje:

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

Dette vil oppdatere RTC -klokkeslettet hvert 15. minutt via Internett.

Det er det! Du er klar! Dette var lett, ikke sant? Alt du trenger å gjøre er å starte datamaskinen på nytt:

sudo omstart

Trinn 11: Aktivering av Watchdog -tjenesten

RPi -en henger og fryser noen ganger uforklarlig. Vakthundstjenesten starter i hovedsak RPi automatisk når timeren registrerer at datamaskinen ikke har gjort noe på vilkårlig tid.

For å aktivere vakthundstjenesten helt, må du først installere vakthundspakken ved å kjøre denne i terminalen:

sudo apt-get install vaktbikkje

Last deretter servicemodulen manuelt:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Legg til en.config -fil for å automatisk laste inn modulen og åpne den med nano -editor:

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

Legg deretter til denne linjen i filen:

bcm2835_wdt

og lagre deretter filen med å skrive Ctrl+O og deretter Ctrl+X.

Du må også redigere en annen fil på/lib/systemd/system/watchdog.service ved å kjøre denne i terminalen:

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

Legg nå til en linje i delen [Installer]:

[Installere]

WantedBy = multi-user.target

En ting som gjenstår er å konfigurere selve vakthundstjenesten. Åpne først.conf -filen i terminalen:

sudo nano /etc /watchdog.conf

og deretter kommentere [det vil si fjerne hashtag-tegnet foran det] linjen som starter med #watchdog-device. Også kommentere linjen som sier #max-load-1 = 24.

Alt som gjenstår er å aktivere og starte tjenesten:

sudo systemctl aktivere watchdog.service

Og så:

sudo systemctl start watchdog.service

Trinn 12: Få koden

Koden må lastes ned til /home /pi. For å laste ned koden der, skriv inn følgende i terminalen:

cd

Du kan få koden ved å åpne terminalen og kjøre:

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

For å kompilere den nedlastede koden og installere alle Python -biblioteker, åpner du terminalen og navigerer til mappen der koden er klonet:

cd ~/RMS

Og kjør deretter:

sudo python setup.py installere

Trinn 13: Konfigurere konfigurasjonsfilen

Et av de viktigste trinnene er å sette opp konfigurasjonsfilen. Du må åpne konfigurasjonsfilen og redigere den:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Oppsettingsprosessen består i utgangspunktet av flere deler:

Først må du konfigurere stasjons -ID -en din, som er funnet under [System] -tittelen. Det må være et tresifret tall. Hvis din RPi tilhører en astronomisk organisasjon, vil stasjons -ID -en bli gitt til deg fra den organisasjonen. Hvis ikke, kan du angi ID -en selv. Deretter må du angi koordinatene til stedet der kameraet ditt er, inkludert høyden på observasjonsstedet. Informasjonen om koordinatene til et hvilket som helst sted kan enkelt fås via appen 'GPS -koordinater' på Android eller 'GPS -data - Koordinater, høyde, hastighet og kompass' -appen på iOS.

Deretter må du konfigurere [Capture] -delen av konfigurasjonsfilen. Du trenger bare å endre innstillingene for oppløsning for kameraet ditt og FPS -nummeret (Frames Per Second).

Hvis du har et NTSC -kamera (Nord -Amerika), har du en skjermoppløsning på 720 x 480, og FPS er 29,97.

Hvis du har et PAL -systemkamera (Europa), vil du ha en skjermoppløsning på 720 x 576, og FPS -en din vil være 25. Du bør fylle ut dataene i.config -filen i henhold til disse parameterne.

Når du er ferdig med konfigurasjonsfiloppsettet, trykker du Ctrl+O for å lagre endringer i filen og Crtl+X for å avslutte.

Trinn 14: Sette opp kameraet

I begynnelsen av kameraoppsettet må du igjen starte mplayer som muliggjør kommunikasjon til kameraet i terminalen.

Hvis du har et NTSC -kamera, skriver du dette i terminalen:

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

Hvis du bor i Europa, kan du kjøre dette:

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

Deretter starter mplayer -vinduet, og du vil se nøyaktig hva kameraet ditt fanger. Nå må du gjøre et manuelt oppsett av kameraet. Først må du trykke på den midterste 'SET' -knappen på baksiden av kameraet, som åpner en meny. Du kan navigere gjennom den med knappene rundt SET -knappen.

Deretter må du åpne RMS/Guides/icx673_settings.txt -filen enten via terminal eller på Github, og bare kopiere innstillingene som er gitt i filen til kameraet ditt ved å navigere gjennom menyen og endre innstillingene til kameraet som beskrevet i her:

LINSE - MANUELL

SHUTTER/AGC - MANUAL (ENTER) MODE - SHT+AGC SHUTTER - AGC - 18 WHITE BALLANCE - ANTI CR BACKLIGHT - OFF PICT ADJUSTMENT (ENTER) Mirror - OFF LIGHTNESS - 0 CONTRAST - 255 SHARPNESS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - AV ATR - AV BEVEGELSESDETEKSJON - AV ……… Trykk på NESTE ……… PRIVACY - AV DAG/NATT - S/H (AV, AV, -, -) NR (ENTER) NR MODUS - AV Y NIVÅ - - C NIVÅ - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SPAR ALL EXIT

Disse innstillingene vil gjøre kameraet optimalt for nattdeteksjon av meteorer.

Hvis bildet virker for mørkt (ingen stjerner er synlige), kan du sette AGC -parameteren til 24.

Hvis mplayer -displayet blir grønt, trykker du på Crtl+C i terminalvinduet. Åpne et annet Terminal -vindu og skriv følgende kommando to ganger:

sudo killall mplayer

Trinn 15: Endelig! Kjører programvaren

Test først oppsettet ditt ved å kjøre StartCapture i 0,1 timer (6 minutter):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Hvis alt er OK med oppsettet, skal et helt hvitt vindu vises. Et sted øverst i vinduet vil det være en linje som sier "Maxpixel". Hvis vinduet ikke starter, eller opptaksprosessen ikke starter i det hele tatt, går du til 'Trinn 16: Feilsøking'.

Du er nå klar for starten av å fange data og oppdage meteorer. Alt du trenger å gjøre nå er å kjøre koden i terminalen:

python -m RMS. StartCapture

Dette vil begynne å fange etter solnedgang, og vil slutte å fange ved daggry.

Dataene blir lagret i/home/pi/RMS_data/CapturedFiles, og filene med meteoroppdagelsene blir lagret/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Alle meteordeteksjoner for en natt med deteksjon vil bli lagret i en *.tar.gz -fil i/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Trinn 16: Feilsøking

GTK -problem

Noen ganger og på noen enheter ser det ut til at det ikke er noe "Maxpixel" -vindu som skal gjengis før fangst, og at det er en advarsel i RMS. StartCapture -loggen:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: GTK+ 2.x symboler oppdaget. Bruk av GTK+ 2.x og GTK+ 3 i samme prosess støttes ikke

Du må installere en pakke med apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

For å fikse feilen og begynne å fange, kjør:

python

Og så:

>> importer matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Dette vil skrive ut plasseringen av matplotlib python bibliotekets konfigurasjonsfil, f.eks: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Rediger filen med ved å bruke nano -editoren:

sudo nano

Og når du er i filen, erstatt linjen som sier:

backend: gtk3agg

med denne linjen:

backend: Qt4Agg

Du må også kommentere linjen:

#backend.qt4: PyQt4

Lagre filen og du er ferdig!

Astropy -installasjonen mislyktes

Hvis astropy python -modulen ikke installeres og feilmeldingen som vises sier:

ImportError: Ingen modul som heter _build_utils.apple_accelerate

Da trenger du sannsynligvis en nyere versjon av numpy. Så fortsett og oppgrader numpy for å løse problemet:

sudo pip -oppgradering numpy

Etter at du har gjort det, må du også gjøre en fullstendig ominstallasjon av python -modulene og andre pakker, som beskrevet i trinn 9.

Trinn 17: Resultater

Her er noen få meteorbilder vi fikk fra å fange meteorene og kjøre den tidligere installerte programvaren.