Raspberry Pi meteoristų stotis: 17 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šios pamokos tikslas yra sukurti visiškai veikiančią meteorų aptikimo vaizdo kamerą, kurią vėliau galėsite naudoti meteorų aptikimui ir stebėjimams. Naudojamos medžiagos bus palyginti pigios ir jas galima lengvai nusipirkti vietinėje technologijų parduotuvėje. Visa šiame projekte naudojama programinė įranga yra atvirojo kodo, o pats projektas yra atvirojo kodo.

Daugiau informacijos apie projektą galite rasti „Hackaday“ir Kroatijos meteorų tinklo „Github“.

1 žingsnis: Reikalavimai ir medžiagos

Naudojamos šios medžiagos:

• Kompiuteris Raspberry Pi 3
• 10 klasės „micro SD“kortelė, 32 GB ar daugiau atminties
• „micro SD“kortelės adapteris
• 5 V maitinimo šaltinis RPi, kurio maksimali srovė ne mažesnė kaip 2A
• RPi dėklas su ventiliatoriumi
• Šildytuvai
• RTC (Real Time Clock) modulis - DS3231 RTC modulis
• „EasyCap“(mikroschemų rinkinys UTV007) vaizdo įrašų skaitmenintuvas (kiti turi problemų dėl RPi)
• „Sony Effio 673“vaizdo stebėjimo kamera ir plataus lauko objektyvas (4 mm arba 6 mm)
• 12V fotoaparato maitinimo šaltinis
• Apsaugos kameros korpusas
• Laidai ir kabeliai
• PASIRENKAMA: HDMI į VGA adapteris

2 žingsnis: RPi nustatymas - medžiagos

Pirmiausia pradėsime nuo paties RPi nustatymo. Norėdami tai padaryti, mums reikės šių medžiagų:

• Raspberry Pi 3
• 3 šilumos kriauklės
• RPi plastikinė dėžutė su ventiliatoriumi
• RTC modulis
• SD kortelė

3 žingsnis: Raspbian diegimas

Dabar turėsite įdiegti „Raspbian“, RPi OS savo „micro SD“kortelėje. Raspbian Jessie (OS vaizdas, veikiantis su dabartine fotoaparato sąranka) galite gauti šioje nuorodoje: Raspbian atsisiuntimas

Be to, norint įdiegti OS į kortelę, turite turėti „micro SD“kortelės adapterį.

Jei jūsų SD kortelė nėra visiškai nauja, prieš diegdami „Raspbian“turėsite suformatuoti kortelę. Raspbian diegimo ir SD kortelės formatavimo vadovą rasite šioje nuorodoje: Raspbian diegimas

4 žingsnis: radiatoriai ir SD kortelė

Mes pradedame klijuoti šilumos kriaukles prie plokštės CPU ir GPU, taip pat GPU užpakalinės dalies. Pirmiausia turite nulupti mėlyną dangtelį, po kuriuo yra lipnus paviršius, pritvirtintas prie minėtų vienetų. Nuplėšiama dalis gali būti šiek tiek sudėtinga, tačiau dangtelį nuimti galite bet kokiu aštriu daiktu.

Po to turite įdėti SD kortelę, kurioje įdiegėte „Raspbian“, į savo RPi SD kortelės prievadą (SD kortelės prievado vietą rasite 6 veiksme.)

5 žingsnis: dėžutės ir ventiliatoriaus surinkimas

Po to galite pereiti prie dėžutės, kurioje bus jūsų RPi, surinkimo. Dėžutė pagaminta iš plastiko ir vėl uždengta lengvai nuimama folija. Siūlome pradėti surinkti dėžę iš savo RPi plokštės šonų, nes tada galite lengvai nustatyti, kuri pusė yra ir kaip tiksliai dėžutė turi būti sudėta, atpažįstant šonuose esančius lizdus. Tada pritvirtinsite dėžutės apačią. Įsitikinkite, kad skylė apatinėje pusėje sutampa su GPU.

Po to galite pritvirtinti viršutinę dėžutės pusę. Mažesnės „kojos“, išeinančios iš abiejų viršutinės pusės pusių, turi būti suderintos su mažomis skylutėmis kiekvienoje dėžutės pusėje. Šiuo atveju jūs tikrai turite įsitikinti, kad viršutinė dėžutės dalis yra virš GPIO kaiščių masyvo. Dabar galite prijungti RTC modulį. Jis gali būti pritvirtintas prie pirmųjų keturių GPIO kaiščių, žiūrinčių į lentos centrą, kaip parodyta paveikslėlyje. Dabar užbaigite savo RPi aparatūros nustatymo darbą, tiesiog pritvirtindami ventiliatorių prie viršutinės plokštės pusės. Ventiliatoriaus, kaip ir šilumos kriauklių, vaidmuo yra užtikrinti optimalų jūsų RPi aušinimą ir našumą, kai jis patiria didelę skaičiavimo apkrovą. Pirmiausia prisukite ventiliatorių į vietą naudodami mažą skersinį varžtą, o varžtai ir ventiliatoriaus logotipas nukreipti į dėžutės vidų. Tada ventiliatoriaus kabelis turi būti prijungtas prie 2 ir 3 GPIO kaiščių, žiūrint į dėžutės išorę. Jei atrodo, kad kai kurie varžtai trukdo pačiai plokštei ir (arba) neleidžia pilnai uždaryti dėžutės, kai kuriuos iš jų, žinoma, galite užsukti taip, kad jie būtų nukreipti į dėžutės išorę. Jei atrodo, kad ventiliatorius neveikia, pabandykite iš naujo prijungti ventiliatoriaus kabelį prie kaiščių arba net lituoti laisvą laidą prie ventiliatoriaus.

6 veiksmas: periferinių įrenginių prijungimas

Šioje proceso dalyje savo RPi plokštę paversite tinkamu naudoti kompiuteriu.

Tam jums reikės:

• PASIRENKAMA: HDMI - VGA kabelis
• pelė
• klaviatūra
• Monitorius
• Monitoriaus ir RPi maitinimo kabeliai

Pradėsite prijungti monitorių prie RPi. Vaizdo prievadas, kurį naudoja RPi, yra HDMI, taigi, jei neturite HDMI kabelio ar monitoriaus (pavyzdžiui, jei turite VGA kabelį), turite nusipirkti HDMI -VGA adapterį. HDMI prievadas yra vienoje RPi vienos plokštės kompiuterio pusėje. Po to klaviatūrą ir pelę galite prijungti prie RPi per USB prievadus. Nustatę pagrindinius įvesties ir išvesties įrenginius, galite prijungti RPi prie maitinimo šaltinio naudodami plokštėje pateiktą adapterį ir kabelį. Svarbu pažymėti, kad RPi paleisti naudojama elektros galia turi būti ne mažesnė kaip 2,5 A.

7 veiksmas: fotoaparato aparatinės įrangos sąranka

Šiame žingsnyje atliksite fotoaparato aparatinės įrangos sąranką ir prijungsite ją prie RPI.

Tam jums reikės:

• „EasyCap ADC“(analoginis -skaitmeninis keitiklis) - mikroschemų rinkinys UTV007
• Vaizdo kamera „Sony Effio“
• Laidai ir kabeliai

Kabelio sąranka ir konfigūracija paprastai priklauso nuo jūsų. Iš esmės fotoaparatą reikia prijungti prie maitinimo šaltinio tam tikru maitinimo kabeliu, o fotoaparato signalo išvestį - prie fotoaparato. Mūsų konfigūraciją galite pamatyti aukščiau esančiuose paveikslėliuose. Turėsite prijungti fotoaparato signalo kabelį prie geltono „EasyCap ADC“kabelio. Kiti „EasyCap“kabeliai nebus reikalingi. Dabar galite prijungti „EasyCap“prie savo RPi. Kadangi greičiausiai neturėsite pakankamai vietos aplink „Pi“USB lizdų sritį, siūlome prijungti ADC naudojant USB prailginimo kabelį.

ĮSPĖJIMAS: „EasyCap ADC“su mikroschemų rinkiniais STK1160, „Empia“ar „Arcmicro“neveiks. Vienintelis palaikomas mikroschemų rinkinys yra UTV007.

8 veiksmas: fotoaparato bandymas

Norėdami patikrinti savo konfigūraciją, turėsite patikrinti jūsų RPi perduotą signalą.

Nuo šiol visą programinę įrangą įdiegsite naudodami terminalą, kuris yra komandinės eilutės vartotojo sąsaja. Kadangi jį naudosite labai dažnai, svarbu pažymėti, kad jį galima atidaryti naudojant sparčiuosius klavišus: Crtl+Alt+T.

Pirmiausia įdiekite „mplayer“per terminalą naudodami šią komandą:

sudo apt-get install mplayer

Tai programa, skirta peržiūrėti vaizdo įrašus iš fotoaparato.

Tada turėsite paleisti „mplayer“. Jei turite NTSC kamerą (Šiaurės Amerikos standartas), paleiskite ją terminale:

mplayer tv: // -tv tvarkyklė = v4l2: įrenginys =/dev/video0: įvestis = 0: norma = NTSC -vo x11

Jei turite PAL kamerą (Europa), įveskite:

mplayer tv: // -tv tvarkyklė = v4l2: įrenginys =/dev/video0: įvestis = 0: norma = PAL -vo x11

Jei terminale įvedate komandas rankiniu būdu, įsitikinkite, kad ankstesnės komandos dalyje „driver = v4l2“teisingas simbolis yra ne vienas ('1'), o mažoji L raidė ('l'). Tačiau primygtinai rekomenduojame tiesiog nukopijuoti ir įklijuoti komandas naudojant Ctrl+Shift+C kopijavimui ir Ctrl+Shift+V komandoms įterpti terminale. Tai labai palengvina ir pagreitina sąrankos procesą.

Jei fotoaparatas prijungtas tinkamai, matysite vaizdo įrašo kanalą iš fotoaparato. Jei ne, dar kartą patikrinkite ankstesnius veiksmus ir įsitikinkite, kad juos atlikote teisingai.

9 veiksmas: visos reikalingos programinės įrangos įdiegimas

Toliau turėsite įdiegti visą reikalingą programinę įrangą. Pirma, paleiskite tai:

sudo apt-get atnaujinimas

Ir atnaujinkite visus paketus:

sudo apt-get atnaujinimas

Galite įdiegti visas sistemos bibliotekas naudodami šią komandą:

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

Kadangi meteorų aptikimui naudojamas kodas yra parašytas „Python“, taip pat turite įdiegti kai kuriuos „Python“modulius, kurie naudojami kode. Pirmiausia pradėkite diegdami „pip“(„Pip Installs Packages“) iš terminalo:

sudo pip install -U pip setuptools

Taip pat pirmiausia turite įdiegti ir atnaujinti „Numpy“paketą:

sudo pip įdiegti numpy

sudo pip -atnaujinti numpy

RPi jau turėsite „pip“ir „Python“, tačiau turite atnaujinti į naujausią versiją. Įdiekite visas „Python“bibliotekas naudodami šią komandą:

sudo pip įdiegti gitpython Pagalvė scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Tai tikriausiai užtruks šiek tiek laiko.

10 veiksmas: nustatykite laiko juostą ir RTC modulį

Kadangi tikslus laikas vaidina svarbų vaidmenį stebint ir aptinkant meteorus, turite įsitikinti, kad jūsų RPi laiko teisingą laiką. Pirmiausia nustatykite savo laiko juostą į UTC (standartinę laiko juostą tarp astronomų) naudodami šią komandą:

sudo dpkg -konfigūruoti tzdata

Tai atidarys GUI, kuri padės jums atlikti procesą. Pasirinkite „Nieko iš aukščiau“, tada „UTC“ir išeikite.

Tada turėsite nustatyti savo RTC modulį, kad net kompiuteris būtų išjungtas ir neprisijungęs. Norėdami nustatyti modulį, jūsų dažnai paprašys kažkaip redaguoti failą. Padarykite tai su:

sudo nano

kur pakeisite faktiniu failo adresu. Baigę paspauskite Crtl+O ir Crtl+X.

Be to, kai privalote „pakomentuoti“kodo eilutę, padarykite tai, uždėdami # ženklą atitinkamos eilutės pradžioje.

/Boot/config.txt pabaigoje pridėkite šias eilutes:

dtparam = i2c_arm = įjungta

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Tada iš naujo paleiskite RPi:

sudo perkraukite

Po to pašalinkite netikrą „hwclock“modulį, nes jums jo nebereikia:

sudo apt-get pašalinti fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh įgalinti sudo update-rc.d fake-hwclock pašalinti

Tada pakomentuokite eilutes su -systz faile/lib/udev/hwclock -set.

Dabar turite nustatyti dabartinį laiką, įrašydami dabartinį sistemos laiką į RTC, ir atsikratyti nereikalingo NTP demono:

sudo hwclock -w

sudo apt-get pašalinti ntp sudo apt-get įdiegti ntpdate

Daugiau redagavimo! Redaguokite /etc/rc.local failą ir pridėkite komandą „hwclock“virš eilutės, kuri sako „exit 0“:

miegoti 1

hwclock -s ntpdate -debian

Neleiskite automatinio laikrodžio nustatymo į kitą vertę redaguodami failą/etc/default/hwclock ir pakeisdami parametrą H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = ne

Dabar jūs turite išjungti RTC sistemos atnaujinimą iš sistemos laikrodžio, nes mes tai jau padarėme, pakomentuodami šią eilutę faile /lib/systemd/system/hwclock-save.service faile:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Įjunkite RTC laikrodį paleisdami:

sudo systemctl įgalinti hwclock-save.service

Kad RTC laikas būtų atnaujinamas kas 15 minučių, vykdykite taip:

crontab -e

ir pasirinkite mėgstamą teksto rengyklę.

Failo pabaigoje pridėkite šią eilutę:

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

Tai atnaujins RTC laikrodžio laiką kas 15 minučių internetu.

Viskas! Jūs pasiruošę! Tai buvo lengva, ar ne? Viskas, ką jums reikia padaryti, tai iš naujo paleisti kompiuterį:

sudo perkraukite

11 veiksmas: „Watchdog“paslaugos įgalinimas

RPi kartais nepaaiškinamai pakimba ir užšąla. „Watchdog“paslauga iš esmės automatiškai paleidžia RPi, kai jo laikmatis užfiksuoja, kad kompiuteris per savavališką laiką nieko nepadarė.

Norėdami visiškai įjungti sargybos paslaugą, pirmiausia įdiekite stebėtojų paketą, paleisdami tai terminale:

sudo apt-get install watchdog

Tada rankiniu būdu įkelkite aptarnavimo modulį:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Pridėkite.config failą, kad automatiškai įkeltumėte modulį, ir atidarykite jį naudodami nano redaktorių:

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

Tada pridėkite šią eilutę prie failo:

bcm2835_wdt

tada įrašykite failą įvesdami Ctrl+O, tada Ctrl+X.

Taip pat turite redaguoti kitą failą adresu/lib/systemd/system/watchdog.service, paleisdami tai terminale:

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

Dabar pridėkite eilutę prie skyriaus [Įdiegti]:

[Diegti]

WantedBy = kelių vartotojų tikslas

Be to, vienas dalykas, kurį reikia padaryti, yra sukonfigūruoti pačią sargybos tarnybą. Pirmiausia atidarykite.conf failą terminale:

sudo nano /etc/watchdog.conf

ir tada nekomentuokite [tai yra pašalinkite priešais esantį žymeklio ženklą] eilutę, prasidedančią #stebėtojo įrenginiu. Taip pat atšaukite eilutę, kurioje rašoma #max-load-1 = 24.

Liko tik įjungti ir paleisti paslaugą:

sudo systemctl įgalinti watchdog.service

Ir tada:

sudo systemctl paleisti watchdog.service

12 žingsnis: gaukite kodą

Kodą reikės atsisiųsti į /home /pi. Norėdami ten atsisiųsti kodą, terminale įveskite:

cd

Kodą galite gauti atidarę terminalą ir paleisdami:

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

Dabar, norėdami surinkti atsisiųstą kodą ir įdiegti visas „Python“bibliotekas, atidarykite terminalą ir eikite į aplanką, kuriame yra klonuotas kodas:

cd ~/RMS

Ir tada paleiskite:

sudo python setup.py įdiegti

13 veiksmas: konfigūracijos failo nustatymas

Vienas iš svarbiausių žingsnių yra konfigūracijos failo nustatymas. Turite atidaryti konfigūracijos failą ir jį redaguoti:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Sąrankos procesą iš esmės sudaro kelios dalys:

Pirmiausia turite nustatyti savo stoties ID, esantį pavadinime [Sistema]. Tai turi būti 3 skaitmenų skaičius. Jei jūsų RPi priklauso astronominei organizacijai, stoties ID jums bus suteiktas iš tos organizacijos. Jei ne, ID galite nustatyti patys. Toliau turite nustatyti kameros vietos koordinates, įskaitant stebėjimo vietos aukštį. Informaciją apie bet kurios vietos koordinates galima lengvai gauti naudojant „Android“skirtą programą „GPS koordinatės“arba „iOS“programą „GPS duomenys - koordinatės, aukštis, greitis ir kompasas“.

Tada turite nustatyti konfigūracijos failo [Capture] dalį. Jums tereikia pakeisti fotoaparato skiriamąją gebą ir FPS numerį (kadrai per sekundę).

Jei turite NTSC kamerą (Šiaurės Amerika), ekrano skiriamoji geba bus 720 x 480, o jūsų FPS bus 29,97.

Jei turite PAL sistemos kamerą (Europa), turėsite 720 x 576 ekrano skiriamąją gebą, o FPS - 25. Turėtumėte užpildyti.config failo duomenis pagal šiuos parametrus.

Baigę konfigūracijos failo sąranką, paspauskite Ctrl+O, kad išsaugotumėte failo pakeitimus, ir Crtl+X, kad išeitumėte.

14 veiksmas: fotoaparato nustatymas

Norėdami pradėti fotoaparato sąranką, turėsite dar kartą paleisti „mplayer“, kuris įgalina ryšį su fotoaparatu terminale.

Jei turite NTSC kamerą, įveskite tai terminale:

mplayer tv: // -tv tvarkyklė = v4l2: įrenginys =/dev/video0: įvestis = 0: norma = NTSC -vo x11

Jei gyvenate Europoje, atlikite šiuos veiksmus:

mplayer tv: // -tv tvarkyklė = v4l2: įrenginys =/dev/video0: įvestis = 0: norma = PAL -vo x11

Tada atsidarys „mplayer“langas ir pamatysite, ką tiksliai fiksuoja jūsų kamera. Dabar turite rankiniu būdu nustatyti fotoaparatą. Pirmiausia turite paspausti vidurinį mygtuką „SET“, esantį fotoaparato gale, ir bus atidarytas meniu. Jame galite naršyti mygtukais aplink SET mygtuką.

Tada turite atidaryti RMS/Guides/icx673_settings.txt failą per terminalą arba „Github“ir tiesiog nukopijuoti failo nustatymus į savo fotoaparatą, naršydami meniu ir pakeisdami fotoaparato nustatymus, kaip aprašyta čia:

Lęšis - VADOVAS

Užrakto/AGC - MANUALINIS (Įvesti) REŽIMAS - SHT+AGC Užraktas - AGC - 18 BALTAS BALLANCE - ANTI CR FONO ŠVIESA - IŠJUNGTAS PICT REGULIAVIMAS (ĮVEIKTI) VEIDRODIS - IŠJUNGTAS ŠVIESUMAS - 0 KONTRASTO - 255 SHARPNESS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF MOTION DETECTION - OFF ……… Paspauskite NEXT ……… PRIVACY - OFF DAY/NIGHT - B/W (OFF, OFF, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF Y LEVEL - - C LEVEL - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SAVE ALL EXIT

Dėl šių nustatymų fotoaparatas bus optimalus meteorų aptikimui naktį.

Jei vaizdas atrodo per tamsus (žvaigždžių nematyti), AGC parametrą galite nustatyti į 24.

Jei „mplayer“ekranas tampa žalias, jo terminalo lange paspauskite Crtl+C. Atidarykite kitą terminalo langą ir du kartus įveskite šią komandą:

sudo killall mplayer

15 žingsnis: Pagaliau! Programinės įrangos paleidimas

Pirmiausia išbandykite savo sąranką paleisdami „StartCapture“0,1 valandos (6 minutes):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Jei su sąranka viskas gerai, turėtų pasirodyti visiškai baltas langas. Kažkur lango viršuje bus eilutė „Maxpixel“. Jei langas neatsidaro arba fiksavimo procesas visai neprasideda, pereikite prie „16 veiksmas: trikčių šalinimas“.

Dabar esate pasiruošę pradėti fiksuoti duomenis ir aptikti meteorus. Viskas, ką jums reikia padaryti, tai paleisti kodą terminale:

python -m RMS. StartCapture

Tai bus pradėta fiksuoti po saulėlydžio ir nebebus fotografuojama auštant.

Duomenys bus išsaugoti kataloge/home/pi/RMS_data/CapturedFiles, o failai su meteorų aptikimu bus išsaugoti/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Visi meteorų aptikimai vienai aptikimo nakčiai bus saugomi *.tar.gz faile/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

16 veiksmas: trikčių šalinimas

GTK problema

Kartais ir kai kuriuose įrenginiuose atrodo, kad nėra „Maxpixel“lango, kuris turėtų būti pateiktas prieš fiksavimą, ir kad RMS yra įspėjimas. StartCapture žurnalas:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: aptikti GTK+ 2.x simboliai. GTK+ 2.x ir GTK+ 3 naudojimas tame pačiame procese nepalaikomas

Turėsite įdiegti paketą naudodami apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Norėdami ištaisyti klaidą ir pradėti fiksuoti, paleiskite:

pitonas

Ir tada:

>> importuoti matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Bus išspausdinta matplotlib python bibliotekos konfigūracijos failo vieta, pvz.: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Redaguokite failą naudodami „nano“redaktorių:

sudo nano

Kai atsidursite faile, pakeiskite eilutę, kuri sako:

vidinė dalis: gtk3agg

su šia eilute:

vidinė dalis: Qt4Agg

Taip pat turite atšaukti eilutę:

#backend.qt4: PyQt4

Išsaugokite failą ir baigsite!

Nepavyko įdiegti „Astropy“

Jei nepavyksta įdiegti „astropy python“modulio ir rodomas klaidos pranešimas:

Importavimo klaida: nėra modulio, pavadinto _build_utils.apple_accelerate

Tada jums tikriausiai reikia naujesnės „numpy“versijos. Taigi eikite į priekį ir atnaujinkite „numpy“, kad išspręstumėte problemą:

sudo pip -atnaujinti numpy

Tai atlikę taip pat turite visiškai iš naujo įdiegti „python“modulius ir kitus paketus, kaip aprašyta 9 veiksme.

17 žingsnis: Rezultatai

Štai keletas meteorų vaizdų, kuriuos gavome užfiksavę meteorus ir paleisdami anksčiau įdiegtą programinę įrangą.