Метеорна станция Raspberry Pi: 17 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Целта на този урок е да изградите напълно функционираща видеокамера за откриване на метеори, която по -късно ще можете да използвате за откриване и наблюдение на метеори. Използваните материали ще бъдат сравнително евтини и могат лесно да бъдат закупени във вашия местен технически магазин. Целият софтуер, използван в този проект, е с отворен код, а самият проект е с отворен код.

Можете да намерите повече информация за проекта в Hackaday и в Github на хърватската метеорна мрежа.

Стъпка 1: Изисквания и материали

Използваните материали са:

• Компютър Raspberry Pi 3
• Micro SD карта от клас 10, 32 GB памет или по -висока
• адаптер за micro SD карта
• 5V захранване за RPi с максимален ток най -малко 2A
• RPi калъф с вентилатор
• Радиатори
• RTC (часовник в реално време) - DS3231 RTC модул
• EasyCap (чипсет UTV007) видео дигитайзер (другите имат проблеми с RPi)
• Sony Effio 673 CCTV камера и широкоъгълен обектив (4 мм или 6 мм)
• 12V захранване на камерата
• Корпус за охранителна камера
• Окабеляване и кабели
• ОПЦИЯ: HDMI към VGA адаптер

Стъпка 2: Настройка на RPi - Материали

Първо ще започнем с настройката на самия RPi. За да направим това, ще ни трябват следните материали:

• Малина Пи 3
• 3 радиатора
• Пластмасова кутия RPi с вентилатор
• RTC модул
• SD карта

Стъпка 3: Инсталиране на Raspbian

Сега ще трябва да инсталирате Raspbian, операционната система RPi на вашата микро SD карта. Можете да получите Raspbian Jessie (изображението на операционната система, което работи с настоящата настройка на камерата) на тази връзка: Изтегляне на Raspbian

Също така трябва да имате адаптер за микро SD карта, за да инсталирате операционната система на картата.

В случай, че SD картата ви не е чисто нова, ще трябва да я форматирате, преди да инсталирате Raspbian. Можете да намерите ръководството за инсталиране на Raspbian и форматиране на SD картата на тази връзка: Инсталиране на Raspbian

Стъпка 4: Радиатори и SD карта

Започваме със залепване на радиаторите към процесора и графичния процесор на платката, както и към задната част на графичния процесор. Първо трябва да отлепите синия капак, под който има лепкава повърхност, която се прикрепя към гореспоменатите единици. Отлепващата се част може да бъде малко трудна, но можете да използвате всеки остър предмет, за да свалите капака с относителна лекота.

След това трябва да поставите SD картата, на която сте инсталирали Raspbian, в порта за SD карта на вашия RPi (за местоположението на порта на SD картата вижте Стъпка 6.)

Стъпка 5: Сглобяване на кутията и вентилатора

След това можете да преминете към сглобяването на кутията, в която ще бъде вашият RPi. Кутията е изработена от пластмаса и отново е покрита с фолио, което лесно се сваля. Предлагаме ви да започнете да сглобявате кутията отстрани на вашата RPi платка, тъй като тогава лесно можете да определите коя страна е коя и как точно кутията трябва да бъде сглобена, като разпознаете слотовете за портове отстрани. След това ще прикрепите дъното на кутията. Уверете се, че отворът от долната страна е подравнен с графичния процесор.

След това можете да прикрепите горната страна на кутията. По -малките „крака“, които излизат от двете страни на горната страна, трябва да бъдат подравнени с малки дупки от всяка страна на кутията. В този момент вие абсолютно трябва да се уверите, че горната част на кутията е над масива GPIO пинове. Продължавайки, вече можете да свържете RTC модула. Той може да бъде прикрепен към първите четири GPIO щифта, гледащи към центъра на дъската, както се вижда на снимката. Сега завършете работата по настройка на хардуера на вашия RPi, като просто прикрепите вентилатора към горната страна на платката. Ролята на вентилатора, както и на радиаторите, е да позволи оптимално охлаждане и производителност на вашия RPi, когато е под голямо изчислително натоварване. Първо ще завиете вентилатора на място с помощта на малък напречен винт, като винтовете и логото на вентилатора са насочени към вътрешността на кутията. След това кабелът на вентилатора трябва да бъде свързан към GPIO щифтове 2 и 3, гледайки към външната страна на кутията. Ако изглежда, че някои от винтовете пречат на самата платка и/или не позволяват кутията да бъде напълно затворена, можете, разбира се, да завиете някои от тях, така че да сочат към външната страна на кутията. Ако изглежда, че вентилаторът не работи, опитайте отново да свържете кабела на вентилатора към щифтовете или дори да запоите разхлабения кабел към вентилатора.

Стъпка 6: Свързване на периферните устройства

В тази част от процеса ще превърнете вашата RPi платка в използваем компютър.

За това ще ви трябва:

• ОПЦИЯ: HDMI към VGA кабел
• мишка
• клавиатура
• Монитор
• Захранващи кабели за монитор и RPi

Ще започнете с свързването на монитора към вашия RPi. Видео портът, който използва RPi, е HDMI, така че ако нямате HDMI кабел или монитор (например, ако имате VGA кабел), трябва да закупите HDMI TO VGA адаптер. HDMI портът е разположен от едната страна на едноплатния компютър RPi. След това можете да свържете клавиатурата и мишката към RPi чрез USB портовете. След като настроите основните си входни и изходни устройства, можете да включите своя RPi в източник на захранване, като използвате адаптера и кабела, доставени с вашата платка. Важно е да се отбележи, че мощността на електричеството, използвано за работа на RPi, трябва да бъде най -малко 2,5 A.

Стъпка 7: Хардуерна настройка на камерата

В тази стъпка ще направите хардуерна настройка на вашата камера и ще я свържете към RPI.

За това ще ви трябва следното:

• EasyCap ADC (аналогово -цифров преобразувател) - чипсет UTV007
• CCTV камера Sony Effio
• Окабеляване и кабели

Настройката и конфигурацията на кабела обикновено зависи от вас. По принцип трябва да свържете камерата към захранването с някакъв захранващ кабел и изходния сигнал на камерата към камерата. Можете да видите нашата конфигурация на изображенията по -горе. Ще трябва да свържете сигналния кабел на камерата към жълтия женски кабел на EasyCap ADC. Другите кабели на EasyCap няма да са необходими. Сега можете да свържете вашия EasyCap към вашия RPi. Тъй като вероятно няма да имате достатъчно място около USB слотовете на Pi, предлагаме да свържете ADC с USB удължителен кабел.

ВНИМАНИЕ: EasyCap ADC с чипсети STK1160, Empia или Arcmicro няма да работят. Единственият поддържан чипсет е UTV007.

Стъпка 8: Тестване на камерата

За да тествате вашата конфигурация, ще трябва да проверите сигнала, предаден към вашия RPi.

Отсега нататък ще инсталирате целия софтуер, използвайки терминала, който е потребителски интерфейс на командния ред. Тъй като ще го използвате много често, важно е да се отбележи, че той може да бъде отворен чрез клавишната комбинация: Crtl+Alt+T.

Първо инсталирайте mplayer чрез терминала, като използвате тази команда:

sudo apt-get инсталирайте mplayer

Това е програма за гледане на видео от камерата.

След това ще трябва да стартирате mplayer. Ако имате NTSC камера (стандарт за Северна Америка), стартирайте това в терминала:

mplayer tv: // -tv драйвер = v4l2: устройство =/dev/video0: вход = 0: норма = NTSC -vo x11

Ако имате PAL камера (Европа), въведете следното:

mplayer tv: // -tv драйвер = v4l2: устройство =/dev/video0: вход = 0: норма = PAL -vo x11

Ако въвеждате командите ръчно в терминала, уверете се, че правилният знак в частта "driver = v4l2" на предишната команда не е една ('1'), а малка буква L ('l'). Силно препоръчваме просто копиране и поставяне на командите с помощта на Ctrl+Shift+C за копиране и Ctrl+Shift+V за поставяне на команди в терминала. Това прави процеса на настройка много по -лесен и много по -бърз.

Ако камерата е свързана правилно, ще видите видео емисията от камерата. Ако не, проверете отново предишните стъпки и се уверете, че сте ги следвали правилно.

Стъпка 9: Инсталиране на целия необходим софтуер

След това ще трябва да инсталирате целия необходим софтуер. Първо стартирайте това:

sudo apt-get update

И надстройте всички пакети:

sudo apt-get надстройка

Можете да инсталирате всички системни библиотеки, като използвате следната команда:

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 -дев

Тъй като кодът, използван за откриване на метеори, е написан на Python, вие също трябва да инсталирате някои „модули“на Python, които се използват в кода. Първо, започнете, като инсталирате pip (Pip Installs Packages) от терминала:

sudo pip install -U pip setuptools

Също така първо трябва да инсталирате и актуализирате пакета Numpy:

sudo pip инсталира numpy

sudo pip -надстройка numpy

Вече ще имате pip и Python на вашия RPi, но трябва да надстроите до най -новата версия. Инсталирайте всички библиотеки на Python със следната команда:

sudo pip install gitpython Pillow scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Това вероятно ще отнеме известно време.

Стъпка 10: Настройка на часовата зона и RTC модула

Тъй като точното време играе важна роля в наблюдението и откриването на метеори, трябва да сте сигурни, че вашият RPi поддържа точното време. Първо задайте вашата часова зона на UTC (стандартна часова зона сред астрономите), като използвате следната команда:

sudo dpkg-преконфигурирайте tzdata

Това ще отвори GUI, който ще ви води през процеса. Изберете „Нищо от горното“и след това „UTC“и излезте.

След това ще трябва да настроите своя RTC модул, за да запазите времето дори когато компютърът ви е изключен и офлайн. За настройка на модула често ще бъдете помолени да редактирате някакъв файл. Направете го с:

sudo nano

където ще замените с действителния адрес на файла. След като приключите, натиснете Crtl+O и Crtl+X.

Също така, когато се изисква да „коментирате“ред код, направете го, като поставите знак # в началото на въпросния ред.

Добавете следните редове в края на /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = включено

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

След това рестартирайте RPi:

sudo рестартиране

След това премахнете модула за фалшив hwclock, тъй като вече не ви е необходим:

sudo apt-get премахнете fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh активира sudo update-rc.d fake-hwclock премахване

След това коментирайте редовете с -systz във файла/lib/udev/hwclock -set.

Сега трябва да зададете текущото време, като напишете текущото системно време в RTC и да се отървете от излишния NTP демон:

sudo hwclock -w

sudo apt-get премахнете ntp sudo apt-get инсталирайте ntpdate

Повече редактиране! Редактирайте файла /etc/rc.local и добавете командата hwclock над реда, който казва изход 0:

сън 1

hwclock -s ntpdate -debian

Предотвратете автоматичната настройка на часовника на различна стойност, като редактирате файла/etc/default/hwclock и промените параметъра H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = не

Сега трябва да деактивирате актуализирането на RTC системата от системния часовник, тъй като вече сме го направили, като коментираме следния ред във файла /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Активирайте часовника на RTC, като изпълните:

sudo systemctl активира hwclock-save.service

За да се актуализира времето за RTC на всеки 15 минути, стартирайте това:

crontab -e

и изберете любимия си текстов редактор.

И в края на файла добавете следния ред:

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

Това ще актуализира часовника на RTC на всеки 15 минути чрез интернет.

Това е! Готови сте! Това беше лесно, нали? Всичко, което трябва да направите, е да рестартирате компютъра:

sudo рестартиране

Стъпка 11: Активиране на услугата Watchdog

RPi понякога необяснимо виси и замръзва. Услугата за наблюдение по същество автоматично рестартира RPi автоматично, когато таймерът му регистрира, че компютърът не е направил нищо за произволен период от време.

За да активирате напълно услугата за наблюдение, първо инсталирайте пакета за наблюдение, като изпълните това в терминала:

sudo apt-get install watchdog

След това заредете сервизния модул ръчно:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Добавете.config файл за автоматично зареждане на модула и го отворете с nano редактор:

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

След това добавете този ред към файла:

bcm2835_wdt

и след това запишете файла с въвеждане на Ctrl+O и след това Ctrl+X.

Трябва също да редактирате друг файл в/lib/systemd/system/watchdog.service, като изпълните това в терминала:

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

Сега добавете ред в раздела [Инсталиране]:

[Инсталирай]

WantedBy = многопотребителска цел

Също така, едно нещо, което остава да се направи, е да конфигурирате самата услуга за наблюдение. Първо отворете.conf файла в терминала:

sudo nano /etc/watchdog.conf

и след това разкомментирайте [тоест премахнете знака за хаштаг пред него] реда, който започва с #watchdog-device. Също така декомментирайте реда, който казва #max-load-1 = 24.

Остава само да активирате и стартирате услугата:

sudo systemctl активира watchdog.service

И тогава:

sudo systemctl стартирайте watchdog.service

Стъпка 12: Получаване на кода

Кодът ще трябва да бъде изтеглен на /home /pi. За да изтеглите кода там, въведете следното в терминала:

cd

Можете да получите кода, като отворите терминала и стартирате:

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

Сега, за да компилирате изтегления код и да инсталирате всички библиотеки на Python, отворете терминала и отворете папката, където кодът е клониран:

cd ~/RMS

И след това стартирайте:

sudo python setup.py install

Стъпка 13: Настройване на конфигурационния файл

Една от най -важните стъпки е настройването на конфигурационния файл. Ще трябва да отворите конфигурационния файл и да го редактирате:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Процесът на настройка се състои основно от няколко части:

Първо, трябва да настроите идентификатора на вашата станция, който се намира под заглавието [Система]. Трябва да е трицифрено число. Ако вашият RPi принадлежи на астрономическа организация, идентификационният номер на станцията ще ви бъде даден от тази организация. Ако не, можете сами да зададете идентификационния номер. След това трябва да зададете координатите на мястото, където е вашата камера, включително височината на мястото на наблюдение. Информацията относно координатите на всяко място може лесно да бъде получена чрез приложението „GPS координати“на Android или приложението „GPS данни - координати, надморска височина, скорост и компас“на iOS.

След това трябва да настроите част [Capture] от конфигурационния файл. Трябва само да промените настройките за разделителна способност за вашата камера и номера на FPS (кадъра в секунда).

Ако имате NTSC камера (Северна Америка), ще имате разделителна способност на екрана 720 x 480, а FPS ще бъде 29.97.

Ако имате системна камера PAL (Европа), ще имате разделителна способност на екрана 720 x 576, а FPS ще бъде 25. Трябва да попълните данните във файла.config според тези параметри.

След като приключите с настройката на конфигурационния файл, натиснете Ctrl+O, за да запазите промените във файла, и Crtl+X, за да излезете.

Стъпка 14: Настройка на камерата

За началото на настройката на камерата ще трябва отново да стартирате mplayer, който позволява комуникация с камерата в терминала.

Ако имате NTSC камера, въведете това в терминала:

mplayer tv: // -tv драйвер = v4l2: устройство =/dev/video0: вход = 0: норма = NTSC -vo x11

Ако живеете в Европа, изпълнете това:

mplayer tv: // -tv драйвер = v4l2: устройство =/dev/video0: вход = 0: норма = PAL -vo x11

След това прозорецът на mplayer ще се стартира и ще видите какво точно заснема вашата камера. Сега трябва да направите ръчна настройка на камерата. Първо трябва да натиснете средния бутон „SET“на гърба на камерата, който ще отвори меню. Можете да се придвижвате през него с бутоните около бутона SET.

След това трябва да отворите файла RMS/Guides/icx673_settings.txt или чрез терминал, или в Github, и просто да копирате зададените във файла настройки във вашата камера, като навигирате през менюто и промените настройките на камерата, както е описано в тук:

ОБЕКТИВ - РЪЧНО

ЗАСТРОЙКА/AGC - РЪЧЕН (ВЪВЕДИ) РЕЖИМ - SHT+AGC ЗАЩИТА - AGC - 18 БЯЛ БАЛАНС - ANTI CR ЗАДНА ФОНА - ИЗКЛ. РЕГУЛИРАНЕ НА КАРТАТА (ВЪВЕДИ) Огледало - ИЗКЛ. - ИЗКЛ. ATR - ИЗКЛЮЧВАНЕ НА ДВИЖЕНИЕТО - ИЗКЛЮЧЕНО ……… Натиснете СЛЕДВАЩО ……… КОНФИДЕНЦИАЛНОСТ - ДЕН/НОЩ НА ИЗКЛ. - Ч/Б (ИЗКЛ., ИЗКЛ., -, -) NR (ENTER) NR РЕЖ. - ИЗКЛ. Y НИВО - - C НИВО - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… ЗАПАЗЕТЕ ВСИЧКИ ИЗХОД

Тези настройки ще направят камерата оптимална за нощно откриване на метеори.

Ако изображението изглежда твърде тъмно (няма видими звезди), можете да зададете параметъра AGC на 24.

Ако дисплеят на mplayer стане зелен, натиснете Crtl+C в прозореца на терминала. Отворете друг прозорец на терминала и въведете следната команда два пъти:

sudo killall mplayer

Стъпка 15: Най -накрая! Стартиране на софтуера

Първо тествайте настройката си, като стартирате StartCapture за 0,1 часа (6 минути):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Ако всичко е наред с настройката, трябва да се появи напълно бял прозорец. Някъде в горната част на прозореца ще има ред, който казва „Maxpixel“. Ако прозорецът не се стартира или процесът на заснемане изобщо не стартира, отидете на „Стъпка 16: Отстраняване на неизправности“.

Вече сте готови за започване на улавяне на данни и откриване на метеори. Всичко, което трябва да направите сега, е да стартирате кода в терминала:

python -m RMS. StartCapture

Това ще започне да заснема след залез слънце и ще спре да заснема на разсъмване.

Данните ще бъдат записани в/home/pi/RMS_data/CapturedFiles, а файловете с откриване на метеори ще бъдат запазени/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Всички откривания на метеори за една нощ на откриване ще се съхраняват във файл *.tar.gz в/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Стъпка 16: Отстраняване на неизправности

Проблем с GTK

Понякога и на някои устройства изглежда няма прозорец „Maxpixel“, който трябва да бъде изобразен преди заснемането, и че има предупреждение в RMS. StartCapture:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Открити са GTK+ 2.x символи. Използването на GTK+ 2.x и GTK+ 3 в същия процес не се поддържа

Ще трябва да инсталирате пакет с помощта на apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

За да поправите грешката и да започнете да записвате, изпълнете:

python

И тогава:

>> импортирайте matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Това ще отпечата местоположението на конфигурационния файл на библиотеката на matplotlib python, например: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Редактирайте файла с помощта на nano редактора:

sudo nano

И когато сте във файла, заменете реда, който казва:

бекенд: gtk3agg

с този ред:

бекенд: Qt4Agg

Трябва също да декомментирате реда:

#backend.qt4: PyQt4

Запазете файла и сте готови!

Инсталирането на Astropy е неуспешно

Ако модулът astropy python не успее да се инсталира и се показва съобщението за грешка:

ImportError: Няма модул с име _build_utils.apple_accelerate

Тогава вероятно имате нужда от по -нова версия на numpy. Така че продължете и надстройте numpy, за да разрешите проблема:

sudo pip -надстройка numpy

След като направите това, трябва също да извършите пълно преинсталиране на модулите на python и други пакети, както е описано в Стъпка 9.

Стъпка 17: Резултати

Ето няколко изображения на метеори, които получихме от улавянето на метеорите и изпълнението на предварително инсталирания софтуер.