Raspberry Pi Meteor Station - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Het doel van deze tutorial is dat je een volledig functionerende videocamera voor het detecteren van meteoren bouwt die je later kunt gebruiken voor het detecteren en observeren van meteoren. De gebruikte materialen zijn relatief goedkoop en kunnen gemakkelijk worden gekocht in uw plaatselijke tech-winkel. Alle software die in dit project wordt gebruikt, is open source en het project zelf is open source.

U kunt meer informatie over het project vinden op Hackaday en op Github van het Croatian Meteor Network.

Stap 1: Vereisten en materialen

De gebruikte materialen zijn:

• Raspberry Pi 3 computer
• Klasse 10 micro SD-kaart, 32 GB opslagruimte of hoger
• micro SD-kaartadapter
• 5V voeding voor de RPi met de maximale stroom van minimaal 2A
• RPi-behuizing met een ventilator
• Koellichamen
• RTC-module (Real Time Clock) - DS3231 RTC-module
• EasyCap (chipset UTV007) videodigitizer (de andere hebben problemen met de RPi)
• Sony Effio 673 CCTV-camera en groothoeklens (4 mm of 6 mm)
• 12V cameravoeding
• Behuizing van beveiligingscamera
• Bedrading en kabels
• OPTIONEEL: HDMI-naar-VGA-adapter

Stap 2: De RPi instellen - Materialen

We beginnen eerst met het instellen van de RPi zelf. Hiervoor hebben we de volgende materialen nodig:

• Raspberry Pi 3
• 3 koellichamen
• RPi plastic doos met ventilator
• RTC-module
• SD-kaart

Stap 3: Raspbian installeren

Nu moet je Raspbian, het besturingssysteem van RPi, op je micro SD-kaart installeren. Je kunt Raspbian Jessie (de OS-afbeelding die werkt met deze huidige camera-instelling) op deze link downloaden: Raspbian downloaden

U moet ook een micro SD-kaartadapter hebben om het besturingssysteem op de kaart te installeren.

Als uw SD-kaart niet gloednieuw is, moet u de kaart formatteren voordat u Raspbian installeert. Je kunt de handleiding voor het installeren van Raspbian en het formatteren van de SD-kaart vinden op deze link: Raspbian installeren

Stap 4: koellichamen en SD-kaart

We beginnen met het lijmen van de koellichamen aan de CPU en GPU van het bord, evenals aan de achterkant van de GPU. Eerst moet je de blauwe afdekking eraf halen waaronder een plakkerig oppervlak zit dat aan de bovengenoemde eenheden hecht. Het afpellen kan een beetje lastig zijn, maar je kunt elk scherp voorwerp gebruiken om de hoes relatief gemakkelijk te verwijderen.

Daarna moet je de SD-kaart waarop je Raspbian hebt geïnstalleerd in de SD-kaartpoort van je RPi plaatsen (voor de locatie van de SD-kaartpoort, zie Stap 6.)

Stap 5: Montage van de doos en de ventilator

Daarna kun je doorgaan met het monteren van de doos waarin je RPi zal zitten. De doos is gemaakt van plastic en is opnieuw bedekt met een folie die gemakkelijk loslaat. We raden u aan om de doos vanaf de zijkanten van uw RPi-bord in elkaar te zetten, omdat u dan gemakkelijk kunt zien welke kant welke is en hoe de doos precies in elkaar moet worden gezet door de poortsleuven aan de zijkanten te herkennen. Vervolgens bevestig je de onderkant van de doos. Zorg ervoor dat het gat aan de onderkant is uitgelijnd met de GPU.

Daarna kunt u de bovenzijde van de doos bevestigen. De kleinere 'pootjes' die aan beide zijden van de bovenzijde naar buiten komen, moeten worden uitgelijnd met kleine gaatjes aan weerszijden van de doos. Op dit punt moet u er absoluut voor zorgen dat het bovenste deel van de doos zich boven de GPIO-pinnenarray bevindt. Als u verder gaat, kunt u nu de RTC-module bevestigen. Het kan worden bevestigd aan de eerste vier GPIO-pinnen, kijkend naar het midden van het bord, zoals te zien is op de afbeelding. Voltooi nu de installatie van de hardware van uw RPi door de ventilator aan de bovenzijde van het bord te bevestigen. De rol van de ventilator, net als van de koellichamen, is om optimale koeling en prestaties van uw RPi mogelijk te maken wanneer deze onder een zware rekenbelasting staat. U schroeft eerst de ventilator op zijn plaats met behulp van een kleine kruisschroef, waarbij de schroeven en het ventilatorlogo naar de binnenkant van de doos wijzen. Vervolgens moet de ventilatorkabel worden aangesloten op GPIO-pinnen 2 en 3, kijkend naar de buitenkant van de doos. Als sommige schroeven het bord zelf lijken te storen en/of de doos niet volledig sluiten, kunt u er natuurlijk een aantal vastschroeven zodat ze naar de buitenkant van de doos wijzen. Als de ventilator niet lijkt te werken, probeer dan de ventilatorkabel opnieuw op de pinnen aan te sluiten of zelfs de losse kabel aan de ventilator te solderen.

Stap 6: De randapparatuur aansluiten

In dit deel van het proces verandert u uw RPi-bord in een bruikbare computer.

Hiervoor heb je nodig:

• OPTIONEEL: HDMI naar VGA-kabel
• muis
• toetsenbord
• Toezicht houden op
• Monitor- en RPi-stroomkabels

U begint met het aansluiten van de monitor op uw RPi. De videopoort die RPi gebruikt is HDMI, dus als je geen HDMI-kabel of monitor hebt (bijvoorbeeld als je een VGA-kabel hebt), moet je een HDMI-naar-VGA-adapter kopen. De HDMI-poort bevindt zich aan een van de zijkanten van de RPi-computer met één bord. Daarna kun je via de USB-poorten je toetsenbord en muis op de RPi aansluiten. Nadat u uw basisinvoer- en uitvoerapparaten hebt ingesteld, kunt u uw RPi op een stroombron aansluiten met behulp van de adapter en kabel die bij uw bord zijn geleverd. Het is belangrijk op te merken dat het vermogen van de elektriciteit die wordt gebruikt om de RPi te laten werken minimaal 2,5 A moet zijn.

Stap 7: Hardware-installatie van de camera

In deze stap maak je een hardware setup van je camera en sluit je deze aan op RPI.

Hiervoor heb je het volgende nodig:

• EasyCap ADC (analoog-digitaal converter) - chipset UTV007
• Sony Effio CCTV-camera
• Bedrading en kabels

De kabelconfiguratie en -configuratie is over het algemeen aan jou. Kortom, u moet de camera met een soort stroomkabel op de voeding aansluiten en de camerasignaaluitvoer naar de camera. U kunt onze configuratie zien op de afbeeldingen hierboven. U moet de signaalkabel van de camera aansluiten op de gele vrouwelijke kabel van de EasyCap ADC. De overige kabels van de EasyCap zijn niet nodig. Nu kunt u uw EasyCap op uw RPi aansluiten. Aangezien je waarschijnlijk niet genoeg ruimte hebt rond de USB-slots van de Pi, raden we je aan om de ADC aan te sluiten met een USB-verlengkabel.

WAARSCHUWING: EasyCap ADC met chipsets STK1160, Empia of Arcmicro zal niet werken. De enige ondersteunde chipset is UTV007.

Stap 8: De camera testen

Om uw configuratie te testen, moet u het signaal controleren dat naar uw RPi wordt verzonden.

Vanaf nu installeert u alle software met behulp van de terminal, een gebruikersinterface op de opdrachtregel. Omdat je het heel vaak zult gebruiken, is het belangrijk op te merken dat het kan worden geopend via de sneltoets: Crtl+Alt+T.

Installeer eerst mplayer via de terminal met dit commando:

sudo apt-get install mplayer

Dit is een programma om de video van de camera te bekijken.

Vervolgens moet u mplayer uitvoeren. Als je een NTSC-camera hebt (Noord-Amerikaanse standaard), voer je deze uit in de terminal:

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

Als u een PAL-camera (Europa) heeft, voert u het volgende in:

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

Als u de opdrachten handmatig in de Terminal typt, zorg er dan voor dat het juiste teken in het "driver=v4l2"-gedeelte van de vorige opdracht geen één ('1'), maar een kleine L-letter ('l') is. We raden u echter ten zeerste aan om de opdrachten gewoon te kopiëren en te plakken met Ctrl+Shift+C voor het kopiëren en Ctrl+Shift+V voor het plakken van opdrachten in de Terminal. Dit maakt het installatieproces veel eenvoudiger en veel sneller.

Als de camera goed is aangesloten, ziet u de videofeed van de camera. Als dit niet het geval is, controleer dan de vorige stappen opnieuw en zorg ervoor dat u ze correct hebt gevolgd.

Stap 9: Alle benodigde software installeren

Vervolgens moet u alle benodigde software installeren. Voer eerst dit uit:

sudo apt-get update

En upgrade alle pakketten:

sudo apt-get upgrade

U kunt alle systeembibliotheken installeren met de volgende opdracht:

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-libimaging-tk tk -dev

Aangezien de code die wordt gebruikt voor het detecteren van meteoren in Python is geschreven, moet je ook enkele Python-'modules' installeren die in de code worden gebruikt. Begin eerst met het installeren van pip (Pip Installs Packages) vanaf de terminal:

sudo pip install -U pip setuptools

U moet ook eerst het Numpy-pakket installeren en bijwerken:

sudo pip install numpy

sudo pip --upgrade numpy

Je hebt al pip en Python op je RPi, maar je moet upgraden naar de nieuwste versie. Installeer alle Python-bibliotheken met de volgende opdracht:

sudo pip install gitpython kussen scipy cython astropy pyephem weven paramiko

Dit zal waarschijnlijk enige tijd duren.

Stap 10: De tijdzone en RTC-module instellen

Aangezien nauwkeurige tijd een belangrijke rol speelt bij het observeren en detecteren van meteoren, moet u ervoor zorgen dat uw RPi de juiste tijd aanhoudt. Stel eerst uw tijdzone in op UTC (een standaard tijdzone onder astronomen) met behulp van de volgende opdracht:

sudo dpkg-herconfigureer tzdata

Hierdoor wordt een GUI geopend die u door het proces leidt. Selecteer 'Geen van bovenstaande' en vervolgens 'UTC' en sluit af.

Vervolgens moet u uw RTC-module instellen om de tijd bij te houden, zelfs als uw computer is uitgeschakeld en offline is. Voor het instellen van de module wordt u vaak gevraagd om op de een of andere manier een bestand te bewerken. Doe het met:

sudo nano

waar u zult vervangen door het werkelijke bestandsadres. Als u klaar bent, drukt u op Crtl+O en Crtl+X.

Als u een regel code moet 'commentaar' uitspreken, kunt u dit ook doen door een #-teken aan het begin van de betreffende regel te plaatsen.

Voeg de volgende regels toe aan het einde van /boot/config.txt:

dtparam=i2c_arm=aan

dtoverlay=i2c-rtc, ds3231

Start vervolgens uw RPi opnieuw op:

sudo reboot

Verwijder daarna de nep-hwclock-module omdat je deze niet meer nodig hebt:

sudo apt-get verwijder nep-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh sudo update-rc.d nep-hwclock verwijderen inschakelen

Geef vervolgens commentaar op de regels met -systz in het bestand /lib/udev/hwclock-set.

Nu moet je de huidige tijd instellen door de huidige systeemtijd naar RTC te schrijven en de overtollige NTP-daemon te verwijderen:

sudo hwclock -w

sudo apt-get verwijder ntp sudo apt-get install ntpdate

Meer bewerken! Bewerk het /etc/rc.local bestand en voeg het hwclock commando toe boven de regel met exit 0:

slapen 1

hwclock -s ntpdate-debian

Voorkom dat de klok automatisch op een andere waarde wordt ingesteld door het bestand /etc/default/hwclock te bewerken en de parameter H WCLOCKACCESS te wijzigen:

HWCLOCKACCESS=nee

Nu moet u het bijwerken van het RTC-systeem vanaf de systeemklok uitschakelen, aangezien we dat al hebben gedaan, door de volgende regel in het bestand /lib/systemd/system/hwclock-save.service uit te voeren:

ConditionFileIsExecutable=!/usr/sbin/ntpd

Schakel de RTC-klok in door het volgende uit te voeren:

sudo systemctl inschakelen hwclock-save.service

Als u wilt dat de RTC-tijd elke 15 minuten wordt bijgewerkt, voert u dit uit:

crontab -e

en selecteer uw favoriete teksteditor.

En voeg aan het einde van het bestand de volgende regel toe:

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

Hiermee wordt de RTC-kloktijd elke 15 minuten via internet bijgewerkt.

Dat is het! Je bent klaar! Dit was makkelijk, nietwaar? Het enige dat u vervolgens hoeft te doen, is de computer opnieuw opstarten:

sudo reboot

Stap 11: De Watchdog-service inschakelen

De RPi loopt soms onverklaarbaar vast en bevriest. De watchdog-service start de RPi in wezen automatisch opnieuw op wanneer de timer registreert dat de computer in een willekeurige tijd niets heeft gedaan.

Om de watchdog-service volledig in te schakelen, installeert u eerst het watchdog-pakket door dit in de terminal uit te voeren:

sudo apt-get install watchdog

Laad vervolgens de servicemodule handmatig:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Voeg een.config-bestand toe om de module automatisch te laden en open het met nano-editor:

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

Voeg vervolgens deze regel toe aan het bestand:

bcm2835_wdt

en sla het bestand vervolgens op door Ctrl+O en vervolgens Ctrl+X te typen.

Je moet ook een ander bestand bewerken op /lib/systemd/system/watchdog.service door dit in de terminal uit te voeren:

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

Voeg nu een regel toe aan de sectie [Installeren]:

[Installeren]

WantedBy=multi-user.target

Een ding dat nog moet worden gedaan, is het configureren van de watchdog-service zelf. Open eerst het.conf-bestand in de terminal:

sudo nano /etc/watchdog.conf

en verwijder vervolgens het commentaar [dat wil zeggen, verwijder het hashtag-teken ervoor] de regel die begint met #watchdog-device. Verwijder ook het commentaar van de regel die zegt #max-load-1 = 24.

Het enige dat overblijft is om de service in te schakelen en te starten:

sudo systemctl activeer watchdog.service

En dan:

sudo systemctl start watchdog.service

Stap 12: De code verkrijgen

De code moet worden gedownload naar /home/pi. Om de code daar te downloaden, voert u het volgende in de terminal in:

CD

U kunt de code verkrijgen door de terminal te openen en uit te voeren:

git kloon "https://github.com/CroatianMeteorNetwork/RMS.git"

Om nu de gedownloade code te compileren en alle Python-bibliotheken te installeren, opent u de terminal en navigeert u naar de map waar de code is gekloond:

cd ~/RMS

En voer dan uit:

sudo python setup.py installeren

Stap 13: Het configuratiebestand instellen

Een van de belangrijkste stappen is het opzetten van het configuratiebestand. U moet het configuratiebestand openen en bewerken:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Het instellingsproces bestaat in principe uit verschillende onderdelen:

Allereerst moet u uw stations-ID instellen, die u kunt vinden onder de titel [Systeem]. Het moet een 3 cijferig nummer zijn. Als uw RPi van een astronomische organisatie is, krijgt u van die organisatie het stationsnummer. Zo niet, dan kunt u de ID zelf instellen. Vervolgens moet je de coördinaten instellen van de plaats waar je camera staat, inclusief de hoogte van de observatieplaats. De informatie over de coördinaten van elke plaats kan eenvoudig worden verkregen via de app 'GPS Coördinaten' op Android of de app 'GPS-gegevens – Coördinaten, hoogte, snelheid & kompas' op iOS.

Vervolgens moet u het [Capture]-gedeelte van het configuratiebestand instellen. U hoeft alleen de instellingen van de resolutie voor uw camera en het FPS-nummer (Frames Per Second) te wijzigen.

Als je een NTSC-camera hebt (Noord-Amerika), heb je een schermresolutie van 720 x 480 en is je FPS 29,97.

Als je een PAL-systeemcamera (Europa) hebt, heb je een schermresolutie van 720 x 576 en is je FPS 25. Je moet de gegevens in het.config-bestand volgens deze parameters invullen.

Nadat u klaar bent met het instellen van het configuratiebestand, drukt u op Ctrl+O om de wijzigingen in het bestand op te slaan en op Crtl+X om af te sluiten.

Stap 14: De camera instellen

Voor het begin van de camera-instelling moet u opnieuw de mplayer starten die communicatie met de camera in de terminal mogelijk maakt.

Als u een NTSC-camera heeft, typt u dit in de terminal:

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

Als u in Europa woont, voert u dit uit:

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

Vervolgens wordt het mplayer-venster geopend en ziet u precies wat uw camera vastlegt. Nu moet je de camera handmatig instellen. Eerst moet je op de middelste 'SET'-knop aan de achterkant van de camera drukken, waardoor een menu wordt geopend. Je kunt er doorheen navigeren met de knoppen rond de SET-knop.

Vervolgens moet u het RMS/Guides/icx673_settings.txt-bestand openen via terminal of op Github, en de instellingen in het bestand naar uw camera kopiëren door door het menu te navigeren en de instellingen van de camera te wijzigen zoals beschreven in hier:

LENS - HANDMATIG

SLUITER/AGC - HANDMATIGE (ENTER) MODUS - SHT+AGC SLUITER - AGC - 18 WITBALANS - ANTI CR ACHTERGRONDVERLICHTING - UIT BEELDAANPASSING (ENTER) SPIEGEL - UIT HELDERHEID - 0 CONTRAST - 255 SCHERPTE - 0 TINT - 128 VERSTERKING - 128 DEFOGG - UIT ATR - UIT BEWEGINGSDETECTIE - UIT ……… Druk op VOLGENDE ……… PRIVACY - UIT DAG/NACHT - Z/W (UIT, UIT, -, -) NR (ENTER) NR MODUS - UIT Y LEVEL - - C LEVEL - - CAM ID - UIT SYNC - INT LANG - DUT ……… ALLES OPSLAAN UITGANG

Deze instellingen maken de camera optimaal voor nachtelijke detectie van meteoren.

Als het beeld te donker lijkt (er zijn geen sterren zichtbaar), kunt u de AGC-parameter instellen op 24.

Als het mplayer-display groen wordt, drukt u op Crtl+C in het Terminal-venster. Open een ander Terminal-venster en typ de volgende opdracht twee keer:

sudo killall mplayer

Stap 15: Eindelijk! De software uitvoeren

Test eerst uw setup door StartCapture 0,1 uur (6 minuten) uit te voeren:

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Als alles in orde is met de installatie, zou er een volledig wit venster moeten verschijnen. Ergens bovenaan het venster staat een regel met de tekst 'Maxpixel'. Als het venster niet start of het opnameproces helemaal niet start, gaat u naar 'Stap 16: Problemen oplossen'.

U bent nu klaar om te beginnen met het vastleggen van gegevens en het detecteren van meteoren. Het enige dat u nu hoeft te doen, is de code in de terminal uit te voeren:

python -m RMS. StartCapture

Dit begint met vastleggen na zonsondergang en stopt met vastleggen bij zonsopgang.

De gegevens worden opgeslagen in /home/pi/RMS_data/CapturedFiles en de bestanden met de meteoordetecties worden opgeslagen in /home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Alle meteoordetecties voor één nacht van detectie worden opgeslagen in een *.tar.gz-bestand in /home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Stap 16: Problemen oplossen

GTK-probleem

Soms en op sommige apparaten lijkt er geen 'Maxpixel'-venster te zijn dat vóór de opname moet worden weergegeven en dat er een waarschuwing in het RMS. StartCapture-logboek staat:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: GTK+ 2.x-symbolen gedetecteerd. Het gebruik van GTK+ 2.x en GTK+ 3 in hetzelfde proces wordt niet ondersteund

U moet een pakket installeren met apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Voer het volgende uit om de fout op te lossen en te beginnen met vastleggen:

Python

En dan:

>> matplotlib importeren

>> matplotlib.matplotlib_fname()

Hiermee wordt de locatie van het matplotlib python-bibliotheekconfiguratiebestand afgedrukt, bijvoorbeeld: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Bewerk het bestand met met behulp van de nano-editor:

sudo nano

En vervang in het bestand de regel die zegt:

backend: gtk3agg

met deze regel:

backend: Qt4Agg

Je moet ook de regel verwijderen:

#backend.qt4: PyQt4

Sla het bestand op en je bent klaar!

Installatie van Astropy is mislukt

Als de installatie van de astropython-module mislukt en het weergegeven foutbericht zegt:

ImportError: Geen module met de naam _build_utils.apple_accelerate

Dan heb je waarschijnlijk een nieuwere versie van numpy nodig. Dus ga je gang en upgrade numpy om het probleem op te lossen:

sudo pip --upgrade numpy

Hierna moet u ook een volledige herinstallatie van de python-modules en andere pakketten uitvoeren, zoals beschreven in stap 9.

Stap 17: Resultaten

Hier zijn een paar meteoorbeelden die we hebben gekregen van het vastleggen van de meteoren en het uitvoeren van de eerder geïnstalleerde software.