Raspberry Pi meteoroloģiskā stacija: 17 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šīs apmācības mērķis ir jums izveidot pilnībā funkcionējošu meteoru noteikšanas videokameru, kuru vēlāk varēsit izmantot meteoru noteikšanai un novērojumiem. Izmantotie materiāli būs salīdzinoši lēti, un tos var viegli iegādāties vietējā tehnoloģiju veikalā. Visa šajā projektā izmantotā programmatūra ir atvērtā koda, un pats projekts ir atvērtā koda.

Plašāku informāciju par projektu varat atrast vietnē Hackaday un Horvātijas Meteor Network vietnē Github.

1. darbība. Prasības un materiāli

Izmantotie materiāli ir:

• Raspberry Pi 3 dators
• 10. klases micro SD karte, 32 GB vai lielāka atmiņa
• micro SD kartes adapteris
• 5 V barošanas avots RPi ar maksimālo strāvu vismaz 2A
• RPi korpuss ar ventilatoru
• Radiatori
• RTC (reālā laika pulksteņa) modulis - DS3231 RTC modulis
• EasyCap (mikroshēmojumu komplekts UTV007) video ciparu pārveidotājs (pārējiem ir problēmas ar RPi)
• Sony Effio 673 videonovērošanas kamera un platleņķa objektīvs (4 mm vai 6 mm)
• 12V kameras barošanas avots
• Drošības kameru korpuss
• Elektroinstalācija un kabeļi
• IZVĒLES: HDMI uz VGA adapteris

2. darbība: RPi - materiālu iestatīšana

Vispirms sāksim ar paša RPi iestatīšanu. Lai to izdarītu, mums būs nepieciešami šādi materiāli:

• Raspberry Pi 3
• 3 siltuma izlietnes
• RPi plastmasas kaste ar ventilatoru
• RTC modulis
• SD karte

3. darbība: Raspbian instalēšana

Tagad jums būs jāinstalē Raspbian, RPi OS savā micro SD kartē. Raspbian Jessie (OS attēls, kas darbojas ar šo pašreizējo kameras iestatījumu) varat iegūt šajā saitē: Raspbian lejupielāde

Lai instalētu operētājsistēmu kartē, jums ir jābūt arī micro SD kartes adapterim.

Ja jūsu SD karte nav pavisam jauna, tā būs jāformatē pirms Raspbian instalēšanas. Rokasgrāmatu Raspbian instalēšanai un SD kartes formatēšanai varat atrast šajā saitē: Raspbian instalēšana

4. darbība: radiatori un SD karte

Mēs sākam, pielīmējot siltuma izlietnes pie plates CPU un GPU, kā arī GPU aizmugures. Vispirms jums ir jānoņem zils vāks, zem kura ir lipīga virsma, kas piestiprinās pie iepriekšminētajām vienībām. Noņemamā daļa var būt nedaudz sarežģīta, taču jūs varat izmantot jebkuru asu priekšmetu, lai salīdzinoši viegli noņemtu vāku.

Pēc tam SD karte, kurā instalējāt Raspbian, jāievieto RPi SD kartes portā (SD kartes porta atrašanās vietu skatiet 6. solī.)

5. darbība: kastes un ventilatora salikšana

Pēc tam jūs varat pāriet pie kastes montāžas, kurā atradīsies jūsu RPi. Kastīte ir izgatavota no plastmasas un atkal ir pārklāta ar viegli noņemamu foliju. Mēs iesakām sākt kastes montāžu no RPi plāksnes sāniem, jo tad jūs varat viegli noteikt, kura puse ir kura un kā tieši kastīte ir jāsaliek kopā, atpazīstot portu spraugas sānos. Pēc tam jūs piestiprināsit kastes apakšdaļu. Pārliecinieties, vai caurums apakšējā pusē sakrīt ar GPU.

Pēc tam jūs varat piestiprināt kastes augšējo pusi. Mazākajām “kājām”, kas iznāk abās augšējās puses pusēs, jābūt izlīdzinātām ar maziem caurumiem katrā kastes pusē. Šajā brīdī jums noteikti jāpārliecinās, vai kastes augšējā daļa atrodas virs GPIO tapas. Turpinot, tagad varat pievienot RTC moduli. To var piestiprināt pie pirmajām četrām GPIO tapām, kas vērstas uz tāfeles centru, kā redzams attēlā. Tagad pabeidziet RPi aparatūras iestatīšanu, vienkārši pievienojot ventilatoru tāfeles augšējai pusei. Ventilatora, tāpat kā siltuma izlietņu, uzdevums ir nodrošināt optimālu RPi dzesēšanu un veiktspēju, ja tas ir pakļauts lielai skaitļošanas slodzei. Vispirms ieskrūvējiet ventilatoru vietā, izmantojot nelielu šķērsskrūvi, un skrūves un ventilatora logotips ir vērsti uz kastes iekšpusi. Tad ventilatora kabelis jāpievieno GPIO 2. un 3. tapai, skatoties uz kastes ārpusi. Ja šķiet, ka dažas skrūves traucē pašai plāksnei un/vai neļauj pilnībā aizvērt kastīti, jūs, protams, varat ieskrūvēt dažas no tām tā, lai tās būtu vērstas uz kastes ārpusi. Ja šķiet, ka ventilators nedarbojas, mēģiniet atkārtoti pievienot ventilatora kabeli tapām vai pat pielodēt vaļēju kabeli pie ventilatora.

6. darbība: perifērijas ierīču pievienošana

Šajā procesa daļā jūs pārvērtīsit savu RPi plati par lietojamu datoru.

Šim nolūkam jums būs nepieciešams:

• Pēc izvēles: kabelis no HDMI līdz VGA
• pele
• tastatūra
• Monitors
• Monitora un RPi barošanas kabeļi

Jūs sāksit ar monitora pievienošanu RPi. Video ports, ko izmanto RPi, ir HDMI, tādēļ, ja jums nav HDMI kabeļa vai monitora (piemēram, ja jums ir VGA kabelis), jums ir jāiegādājas HDMI -VGA adapteris. HDMI ports atrodas RPi viena paneļa datora vienā pusē. Pēc tam jūs varat savienot tastatūru un peli ar RPi, izmantojot USB portus. Pēc pamata ievades un izvades ierīču iestatīšanas varat pievienot RPi strāvas avotam, izmantojot adapteri un kabeli, kas tika piegādāts kopā ar tāfeles komplektu. Ir svarīgi atzīmēt, ka RPi darbināšanai izmantotās elektroenerģijas jaudai jābūt vismaz 2,5 A.

7. darbība: kameras aparatūras iestatīšana

Šajā solī jūs izveidosit kameras aparatūru un pievienosit to RPI.

Šim nolūkam jums būs nepieciešams:

• EasyCap ADC (analog -digital converter) - mikroshēmojumu komplekts UTV007
• Videonovērošanas kamera Sony Effio
• Elektroinstalācija un kabeļi

Kabeļa uzstādīšana un konfigurācija parasti ir jūsu ziņā. Būtībā kamera ir jāpievieno barošanas avotam, izmantojot sava veida strāvas kabeli, un kameras signāla izvadi kamerai. Mūsu konfigurāciju varat redzēt iepriekš redzamajos attēlos. Jums būs jāpievieno kameras signāla kabelis ar EasyCap ADC dzelteno sieviešu kabeli. Pārējie EasyCap kabeļi nebūs nepieciešami. Tagad jūs varat savienot savu EasyCap ar savu RPi. Tā kā jums, visticamāk, nepietiek vietas ap Pi USB slotu zonu, mēs iesakām savienot ADC ar USB pagarinātāju.

BRĪDINĀJUMS: EasyCap ADC ar mikroshēmojumiem STK1160, Empia vai Arcmicro nedarbosies. Vienīgais atbalstītais mikroshēmojums ir UTV007.

8. darbība: kameras pārbaude

Lai pārbaudītu savu konfigurāciju, jums būs jāpārbauda jūsu RPi pārraidītais signāls.

Turpmāk jūs instalēsit visu programmatūru, izmantojot termināli, kas ir komandrindas lietotāja interfeiss. Tā kā jūs to izmantosit ļoti bieži, ir svarīgi atzīmēt, ka to var atvērt, izmantojot īsinājumtaustiņu: Crtl+Alt+T.

Vispirms instalējiet mplayer, izmantojot termināli, izmantojot šo komandu:

sudo apt-get install mplayer

Šī ir programma video skatīšanai no kameras.

Tālāk jums būs jāpalaiž mplayer. Ja jums ir NTSC kamera (Ziemeļamerikas standarts), palaidiet to terminālī:

mplayer tv: // -tv draiveris = v4l2: ierīce =/dev/video0: ievade = 0: norma = NTSC -vo x11

Ja jums ir PAL kamera (Eiropa), ievadiet šādu informāciju:

mplayer tv: // -tv draiveris = v4l2: ierīce =/dev/video0: ievade = 0: norma = PAL -vo x11

Ja terminālī rakstāt komandas manuāli, pārliecinieties, vai pareizā rakstzīme iepriekšējās komandas daļā "driver = v4l2" nav viens ('1'), bet gan mazais L burts ('l'). Tomēr mēs ļoti iesakām tikai kopēt un ielīmēt komandas, izmantojot Ctrl+Shift+C kopēšanai un Ctrl+Shift+V komandu ielīmēšanai terminālī. Tas padara iestatīšanas procesu daudz vieglāku un daudz ātrāku.

Ja kamera ir pareizi pievienota, jūs redzēsit video plūsmu no kameras. Ja nē, vēlreiz pārbaudiet iepriekšējās darbības un pārliecinieties, ka tās izpildījāt pareizi.

9. solis: visas nepieciešamās programmatūras instalēšana

Tālāk jums būs jāinstalē visa nepieciešamā programmatūra. Vispirms palaidiet šo:

sudo apt-get update

Un jauniniet visas paketes:

sudo apt-get jauninājums

Visas sistēmas bibliotēkas var instalēt, izmantojot šādu komandu:

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

Tā kā kods, ko izmanto meteoru noteikšanai, ir rakstīts Python, jums ir jāinstalē arī daži Python “moduļi”, kas tiek izmantoti kodā. Vispirms sāciet instalēt pip (Pip Installs Packages) no termināļa:

sudo pip install -U pip setuptools

Jums arī vispirms jāinstalē un jāatjaunina Numpy pakotne:

sudo pip instalēt numpy

sudo pip -uzlabot numpy

Jūsu RPi jau būs pip un Python, taču jums ir jāveic jaunināšana uz jaunāko versiju. Instalējiet visas Python bibliotēkas ar šādu komandu:

sudo pip instalēt gitpython Spilvens scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Tas, iespējams, prasīs kādu laiku.

10. darbība. Laika joslas un RTC moduļa iestatīšana

Tā kā precīzam laikam ir svarīga loma meteoru novērošanā un noteikšanā, jums jāpārliecinās, ka jūsu RPi saglabā pareizo laiku. Vispirms iestatiet savu laika joslu uz UTC (standarta laika josla starp astronomiem), izmantojot šādu komandu:

sudo dpkg-pārkonfigurēt tzdata

Tas atvērs GUI, kas palīdzēs jums šajā procesā. Atlasiet “Neviens no iepriekšminētajiem” un pēc tam “UTC” un izejiet.

Tālāk jums būs jāiestata RTC modulis, lai pat dators būtu izslēgts un bezsaistē. Lai iestatītu moduli, jums bieži tiks lūgts kaut kā rediģēt failu. Dariet to ar:

sudo nano

kur jūs aizstāsit ar faktisko faila adresi. Kad esat pabeidzis, nospiediet Crtl+O un Crtl+X.

Turklāt, ja jums ir nepieciešams “komentēt” koda rindiņu, dariet to, ievietojot # zīmi attiecīgās rindas sākumā.

Pievienojiet šādas rindiņas /boot/config.txt beigās:

dtparam = i2c_arm = ieslēgts

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Pēc tam pārstartējiet RPi:

sudo atsāknēšana

Pēc tam noņemiet viltus pulksteņa moduli, jo tas jums vairs nav nepieciešams:

sudo apt-get noņemt fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh iespējot sudo update-rc.d fake-hwclock noņemt

Pēc tam komentējiet rindas ar -systz failā/lib/udev/hwclock -set.

Tagad jums ir jāiestata pašreizējais laiks, ierakstot pašreizējo sistēmas laiku uz RTC, un jāatbrīvojas no liekā NTP dēmona:

sudo hwclock -w

sudo apt-get noņemt ntp sudo apt-get instalēt ntpdate

Vairāk rediģēšanas! Rediģējiet /etc/rc.local failu un pievienojiet komandu hwclock virs rindas, kas saka izeju 0:

gulēt 1

hwclock -s ntpdate -debian

Novērst automātisku pulksteņa iestatīšanu uz citu vērtību, rediģējot failu/etc/default/hwclock un mainot parametru H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = nē

Tagad jums ir jāatspējo RTC sistēmas atjaunināšana no sistēmas pulksteņa, jo mēs to jau esam izdarījuši, komentējot šādu rindiņu failā /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Iespējojiet RTC pulksteni, palaižot:

sudo systemctl iespējot hwclock-save.service

Lai RTC laiks tiktu atjaunināts ik pēc 15 minūtēm, rīkojieties šādi:

crontab -e

un izvēlieties savu iecienītāko teksta redaktoru.

Un faila beigās pievienojiet šādu rindu:

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

Tas atjauninās RTC pulksteņa laiku ik pēc 15 minūtēm, izmantojot internetu.

Tas ir viss! Jūs esat gatavs! Tas bija viegli, vai ne? Viss, kas jums jādara, ir restartēt datoru:

sudo atsāknēšana

11. darbība. Uzraudzības pakalpojuma iespējošana

RPi dažreiz neizskaidrojami karājas un sasalst. Uzraudzības pakalpojums būtībā automātiski restartē RPi, kad tā taimeris reģistrē, ka dators nav darījis neko patvaļīgā laika periodā.

Lai pilnībā iespējotu sargsuņa pakalpojumu, vispirms instalējiet sargsuņu pakotni, palaižot to terminālī:

sudo apt-get install sargsuns

Pēc tam manuāli ielādējiet servisa moduli:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Pievienojiet.config failu, lai automātiski ielādētu moduli, un atveriet to, izmantojot nano redaktoru:

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

Pēc tam pievienojiet failam šo rindu:

bcm2835_wdt

un pēc tam saglabājiet failu, ierakstot Ctrl+O un pēc tam Ctrl+X.

Jums ir arī jārediģē cits fails vietnē/lib/systemd/system/watchdog.service, palaižot šo terminālī:

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

Tagad pievienojiet rindu sadaļai [Instalēt]:

[Uzstādīt]

WantedBy = vairāku lietotāju mērķis

Vēl viena lieta, kas jādara, ir konfigurēt pašu sargsuņa pakalpojumu. Vispirms atveriet.conf failu terminālī:

sudo nano /etc/watchdog.conf

un pēc tam noņemiet komentārus [tas ir, noņemiet hashtag zīmi priekšā] rindu, kas sākas ar #watchdog-device. Noņemiet arī komentāru rindai, kurā teikts #max-load-1 = 24.

Atliek tikai iespējot un sākt pakalpojumu:

sudo systemctl iespējot watchdog.service

Un tad:

sudo systemctl sākt watchdog.service

12. darbība: koda iegūšana

Kods būs jālejupielādē no /home /pi. Lai tur lejupielādētu kodu, terminālī ievadiet šādu informāciju:

cd

Kodu var iegūt, atverot termināli un palaižot:

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

Tagad, lai apkopotu lejupielādēto kodu un instalētu visas Python bibliotēkas, atveriet termināli un dodieties uz mapi, kurā kods ir klonēts:

cd ~/RMS

Un tad skrien:

sudo python setup.py instalēt

13. darbība: konfigurācijas faila iestatīšana

Viens no vissvarīgākajiem soļiem ir konfigurācijas faila iestatīšana. Jums būs jāatver konfigurācijas fails un tas jārediģē:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Iestatīšanas process pamatā sastāv no vairākām daļām:

Vispirms jums ir jāiestata stacijas ID, kas atrodams zem [Sistēmas] nosaukuma. Tam jābūt 3 ciparu skaitlim. Ja jūsu RPi pieder astronomiskai organizācijai, stacijas ID jums tiks dots no šīs organizācijas. Ja nē, ID varat iestatīt pats. Tālāk jums jāiestata kameras atrašanās vietas koordinātas, ieskaitot novērošanas vietas augstumu. Informāciju par jebkuras vietas koordinātām var viegli iegūt, izmantojot Android lietotni “GPS koordinātas” vai iOS lietotni “GPS dati - koordinātas, augstums, ātrums un kompass”.

Tālāk jums ir jāiestata konfigurācijas faila daļa [Capture]. Jums ir jāmaina tikai kameras izšķirtspējas iestatījumi un FPS numurs (kadri sekundē).

Ja jums ir NTSC kamera (Ziemeļamerika), ekrāna izšķirtspēja būs 720 x 480, bet FPS būs 29,97.

Ja jums ir PAL sistēmas kamera (Eiropa), jums būs 720 x 576 ekrāna izšķirtspēja, un jūsu FPS būs 25. Jums jāaizpilda dati.config failā atbilstoši šiem parametriem.

Kad esat pabeidzis konfigurācijas faila iestatīšanu, nospiediet Ctrl+O, lai saglabātu faila izmaiņas, un Crtl+X, lai izietu.

14. darbība: kameras iestatīšana

Lai sāktu kameras iestatīšanu, jums vēlreiz būs jāuzsāk mplayer, kas ļauj sazināties ar kameru terminālī.

Ja jums ir NTSC kamera, ierakstiet to terminālī:

mplayer tv: // -tv draiveris = v4l2: ierīce =/dev/video0: ievade = 0: norma = NTSC -vo x11

Ja dzīvojat Eiropā, rīkojieties šādi:

mplayer tv: // -tv draiveris = v4l2: ierīce =/dev/video0: ievade = 0: norma = PAL -vo x11

Pēc tam tiks atvērts mplayer logs, un jūs redzēsit tieši to, ko uzņem jūsu kamera. Tagad jums ir jāveic manuāla kameras iestatīšana. Vispirms jums jānospiež vidējā poga SET, kas atrodas kameras aizmugurē, un tiks atvērta izvēlne. Jūs varat pārvietoties pa to, izmantojot pogas ap pogu SET.

Tālāk jums ir jāatver RMS/Guides/icx673_settings.txt fails, izmantojot termināli vai Github, un vienkārši nokopējiet failā norādītos iestatījumus savā kamerā, pārvietojoties izvēlnē un mainot kameras iestatījumus, kā aprakstīts sadaļā šeit:

LENS - ROKASGRĀMATA

ATSLĒGTĀJS/AGC - MANUĀLS (IEVADĪT) REŽĪMS - SHT+AGC ATSLĒGTĀJS - AGC - 18 BALTAIS BALLANSS - ANTI CR BACKLIGHT - OFF PICT ADJUSTMENT (ENTER) SPOGULIS - IZSLĒGTS SPILGTUMS - 0 KONTRASTS - 255 SHARPNESS - 0 HUE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF MOTION DETECTION - OFF ……… Nospiediet 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

Šie iestatījumi padarīs kameru optimālu meteoru noteikšanai nakts laikā.

Ja attēls šķiet pārāk tumšs (zvaigznes nav redzamas), varat iestatīt AGC parametru uz 24.

Ja atskaņotāja displejs kļūst zaļš, termināļa logā nospiediet Crtl+C. Atveriet citu termināļa logu un divas reizes ierakstiet šādu komandu:

sudo killall mplayer

15. solis: beidzot! Programmatūras palaišana

Vispirms pārbaudiet iestatījumus, 0,1 stundu (6 minūtes) palaižot StartCapture:

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Ja ar iestatīšanu viss ir kārtībā, vajadzētu parādīties pilnīgi balts logs. Kaut kur loga augšdaļā būs līnija ar uzrakstu “Maxpixel”. Ja logs netiek palaists vai uztveršanas process vispār nesākas, pārejiet uz 16. darbību: problēmu novēršana.

Tagad esat gatavs datu uztveršanas un meteoru noteikšanas sākumam. Viss, kas jums jādara, ir palaist kodu terminālī:

python -m RMS. StartCapture

Uzņemšana sāksies pēc saulrieta un uzņemšana beigsies rītausmā.

Dati tiks saglabāti mapē/home/pi/RMS_data/CapturedFiles, un faili ar meteoru noteikšanu tiks saglabāti/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Visi meteoru atklājumi uz vienu atklāšanas nakti tiks saglabāti *.tar.gz failā mapē/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

16. darbība. Problēmu novēršana

GTK jautājums

Dažreiz un dažās ierīcēs šķiet, ka pirms uztveršanas nav jāveido logs “Maxpixel” un ka RMS ir brīdinājums. StartCapture žurnāls:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: GTK+ 2.x simboli. GTK+ 2.x un GTK+ 3 izmantošana vienā un tajā pašā procesā netiek atbalstīta

Jums būs jāinstalē pakotne, izmantojot apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Lai novērstu kļūdu un sāktu tveršanu, palaidiet:

pitons

Un tad:

>> importēt matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Tādējādi tiks izdrukāta matplotlib python bibliotēkas konfigurācijas faila atrašanās vieta, piemēram: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Rediģējiet failu, izmantojot nano redaktoru:

sudo nano

Kad atrodaties failā, nomainiet rindu ar tekstu:

aizmugure: gtk3agg

ar šo rindiņu:

aizmugure: Qt4Agg

Jums arī jāatceļ rindiņa:

#backend.qt4: PyQt4

Saglabājiet failu un esat pabeidzis!

Astropy instalēšana neizdevās

Ja astropy python modulis neizdodas instalēt un tiek parādīts kļūdas ziņojums:

Importēšanas kļūda: nav moduļa ar nosaukumu _build_utils.apple_accelerate

Tad jums, iespējams, ir nepieciešama jaunāka numpy versija. Tāpēc dodieties uz priekšu un jauniniet numpy, lai atrisinātu problēmu:

sudo pip -uzlabot numpy

Pēc tam jums ir arī pilnībā jāpārinstalē python moduļi un citas pakotnes, kā aprakstīts 9. darbībā.

17. darbība. Rezultāti

Šeit ir daži meteoru attēli, kas iegūti, uztverot meteorus un palaižot iepriekš instalēto programmatūru.