Raspberry Pi Meteor Station: 17 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Målet med denna handledning är att du ska bygga en fullt fungerande meteordetekteringskamera som du senare kan använda för meteordetektering och observationer. Materialet som används är relativt billigt och kan enkelt köpas i din lokala teknikbutik. All programvara som används i detta projekt är öppen källkod, och själva projektet är öppen källkod.

Du kan hitta mer information om projektet på Hackaday och på Croatian Meteor Network's Github.

Steg 1: Krav och material

Materialen som används är:

• Raspberry Pi 3 -dator
• Klass 10 micro SD -kort, 32 GB lagringsutrymme eller högre
• micro SD -kortadapter
• 5V strömförsörjning för RPi med maximal ström på minst 2A
• RPi -fodral med fläkt
• Värme sjunker
• RTC -modul (Real Time Clock) - DS3231 RTC -modul
• EasyCap (chipset UTV007) videodigitaliserare (de andra har problem med RPi)
• Sony Effio 673 CCTV -kamera och widefield -objektiv (4 mm eller 6 mm)
• 12V kamera strömförsörjning
• Säkerhetskamerahus
• Kablar och kablar
• TILLVAL: HDMI till VGA -adapter

Steg 2: Konfigurera RPi - Material

Vi börjar först med att konfigurera själva RPi. För att göra det behöver vi följande material:

• Raspberry Pi 3
• 3 kylflänsar
• RPi plastlåda med fläkt
• RTC -modul
• SD-kort

Steg 3: Installera Raspbian

Nu måste du installera Raspbian, RPis operativsystem på ditt micro SD -kort. Du kan få Raspbian Jessie (OS -bilden som fungerar med den aktuella kamerainställningen) på den här länken: Ladda ner Raspbian

Du måste också ha en micro SD -kortadapter för att installera operativsystemet på kortet.

Om ditt SD -kort inte är helt nytt måste du formatera kortet innan du installerar Raspbian. Du hittar guiden för att installera Raspbian och formatera SD -kortet på denna länk: Installera Raspbian

Steg 4: Kylflänsar och SD -kort

Vi börjar med att limma kylflänsarna på kortets CPU och GPU, liksom baksidan av GPU. Först måste du avlägsna det blå locket under vilket är en klibbig yta som fäster vid ovannämnda enheter. Den avskalbara delen kan vara lite knepig, men du kan använda vilket vasst föremål som helst för att ta bort locket relativt enkelt.

Därefter måste du sätta in SD -kortet du installerade Raspbian i SD -kortporten på din RPi (för plats för SD -kortporten, se steg 6.)

Steg 5: Montera lådan och fläkten

Efter det kan du gå vidare till att montera lådan som din RPi kommer att vara i. Lådan är gjord av plast och täcks igen i en folie som lätt lossnar. Vi föreslår att du börjar montera lådan från sidorna på ditt RPi -kort, då kan du enkelt identifiera vilken sida som är och hur exakt lådan måste sättas ihop genom att känna igen portluckorna på sidorna. Sedan fäster du botten av lådan. Se till att hålet på undersidan är i linje med GPU: n.

Därefter kan du fästa lådans ovansida. De mindre "benen" som kommer ut på båda sidor av ovansidan måste vara i linje med små hål på varje sida av lådan. På den här punkten måste du absolut se till att den övre delen av lådan ligger över GPIO -pins -arrayen. När du går vidare kan du nu bifoga RTC -modulen. Den kan fästas på de fyra första GPIO -stiften som ser mot mitten av brädet, som på bilden. Slutför nu jobbet med att installera hårdvaran på din RPi genom att bara fästa fläkten på ovansidan av brädet. Fläktens roll, samma som för kylflänsarna, är att möjliggöra optimal kylning och prestanda för din RPi när den är under en stor beräknad belastning. Du skruvar först fast fläkten med en liten tvärskruv, med skruvarna och fläktlogotypen pekande mot insidan av lådan. Sedan måste fläktkabeln anslutas till GPIO -stiften 2 och 3 och se mot utsidan av lådan. Om några av skruvarna verkar störa själva brädan och/eller inte låter lådan stängas helt, kan du naturligtvis skruva på några av dem så att de pekar mot lådans utsida. Om fläkten inte verkar fungera, försök återansluta fläktkabeln till stiften eller till och med löd den lösa kabeln till fläkten.

Steg 6: Ansluta kringutrustning

I denna del av processen kommer du att göra ditt RPi -kort till en användbar dator.

För detta behöver du:

• TILLVAL: HDMI till VGA -kabel
• mus
• tangentbord
• Övervaka
• Monitor- och RPi -strömkablar

Du börjar med att ansluta bildskärmen till din RPi. Videoporten som RPi använder är HDMI så om du inte har en HDMI -kabel eller bildskärm (till exempel om du har en VGA -kabel) måste du köpa en HDMI TO VGA -adapter. HDMI -porten är placerad på en av sidorna på RPi -en -kortdatorn. Därefter kan du ansluta tangentbordet och musen till RPi via USB -portarna. När du har konfigurerat dina grundläggande in- och utgångsenheter kan du ansluta din RPi till en strömkälla med hjälp av adaptern och kabeln som följde med kortet. Det är viktigt att notera att effekten hos den elektricitet som används för att driva RPi måste vara minst 2,5 A.

Steg 7: Hårdvara för kameran

I det här steget gör du en hårdvaruinställning av din kamera och ansluter den till RPI.

För detta behöver du följande:

• EasyCap ADC (analog -digital omvandlare) - chipset UTV007
• Sony Effio CCTV -kamera
• Kablar och kablar

Kabelinstallationen och konfigurationen är i allmänhet upp till dig. I grund och botten måste du ansluta kameran till strömförsörjningen med någon slags strömkabel och kamerans signalutgång till kameran. Du kan se vår konfiguration på bilderna ovan. Du måste ansluta kamerans signalkabel till den gula honkabeln på EasyCap ADC. De andra kablarna i EasyCap behövs inte. Nu kan du ansluta din EasyCap till din RPi. Eftersom du förmodligen inte har tillräckligt med utrymme runt Pi: s USB -platser, föreslår vi att du ansluter ADC: n med en USB -förlängningskabel.

VARNING: EasyCap ADC med chipset STK1160, Empia eller Arcmicro fungerar inte. Det enda chipset som stöds är UTV007.

Steg 8: Testa kameran

För att testa din konfiguration måste du kontrollera signalen som överförs till din RPi.

Från och med nu kommer du att installera all programvara med terminalen, som är ett kommandoradsgränssnitt. Eftersom du kommer att använda det väldigt ofta är det viktigt att notera att det kan öppnas via tangentbordsgenvägen: Crtl+Alt+T.

Installera först mplayer via terminalen med det här kommandot:

sudo apt-get install mplayer

Detta är ett program för att titta på videon från kameran.

Därefter måste du köra mplayer. Om du har en NTSC -kamera (nordamerikansk standard), kör detta i terminalen:

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

Om du har en PAL -kamera (Europa) anger du följande:

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

Om du skriver kommandona manuellt i terminalen, se till att rätt tecken i "driver = v4l2" -delen i det föregående kommandot inte är en ('1'), utan en liten L -bokstav ('l'). Vi rekommenderar dock starkt att du bara kopierar och klistrar in kommandona med Ctrl+Shift+C för kopiering och Ctrl+Shift+V för att klistra in kommandon i terminalen. Detta gör installationsprocessen mycket enklare och mycket snabbare.

Om kameran är korrekt ansluten ser du videoflöden från kameran. Om inte, kontrollera de föregående stegen igen och se till att du följde dem korrekt.

Steg 9: Installera all nödvändig programvara

Därefter måste du installera all nödvändig programvara. Kör först detta:

sudo apt-get uppdatering

Och uppgradera alla paket:

sudo apt-get uppgradering

Du kan installera alla systembibliotek med följande 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 -utveckling

Eftersom koden som används för att upptäcka meteorer är skriven i Python måste du också installera några Python -moduler som används i koden. Börja först med att installera pip (Pip Installs Packages) från terminalen:

sudo pip install -U pip setuptools

Du måste också installera och uppdatera Numpy -paketet först:

sudo pip installera numpy

sudo pip -uppgradera numpy

Du kommer redan att ha pip och Python på din RPi, men du måste uppgradera till den senaste versionen. Installera alla Python -bibliotek med följande kommando:

sudo pip installera gitpython kudde scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Detta kommer antagligen att ta lite tid.

Steg 10: Konfigurera tidszonen och RTC -modulen

Eftersom exakt tid spelar en viktig roll vid meteorobservation och upptäckt, måste du se till att din RPi håller rätt tid. Ställ först in din tidszon till UTC (en standard tidszon bland astronomer) med följande kommando:

sudo dpkg-omkonfigurera tzdata

Detta öppnar ett GUI som leder dig genom processen. Välj "Ingen av ovanstående" och sedan "UTC" och avsluta.

Därefter måste du konfigurera din RTC -modul för att hålla tiden även din dator är avstängd och offline. För att konfigurera modulen blir du ofta ombedd att på något sätt redigera en fil. Gör det med:

sudo nano

där du kommer att ersätta den faktiska filadressen. När du är klar trycker du på Crtl+O och Crtl+X.

När du måste kommentera en kodrad gör du det genom att placera ett # -tecken i början av raden i fråga.

Lägg till följande rader i slutet av /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = på

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Starta sedan om din RPi:

sudo starta om

Ta sedan bort fake-hwclock-modulen eftersom du inte behöver den längre:

sudo apt-get ta bort fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh aktivera sudo update-rc.d fake-hwclock ta bort

Kommentera sedan raderna med -systz i filen/lib/udev/hwclock -set.

Nu måste du ställa in den aktuella tiden genom att skriva den aktuella systemtiden till RTC och bli av med den redundanta NTP -demonen:

sudo hwclock -w

sudo apt-get ta bort ntp sudo apt-get install ntpdate

Mer redigering! Redigera filen /etc/rc.local och lägg till kommandot hwclock ovanför raden som säger exit 0:

sova 1

hwclock -s ntpdate -debian

Förhindra automatisk inställning av klockan till ett annat värde genom att redigera filen/etc/default/hwclock och ändra parametern H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = nej

Nu måste du inaktivera uppdateringen av RTC-systemet från systemklockan, eftersom vi redan har gjort det genom att kommentera följande rad i filen /lib/systemd/system/hwclock-save.service-filen:

ConditionFileIsExecutable =!/Usr/sbin/ntpd

Aktivera RTC -klockan genom att köra:

sudo systemctl aktivera hwclock-save.service

För att RTC -tiden ska uppdateras var 15: e minut kör du detta:

crontab -e

och välj din favorit textredigerare.

Och i slutet av filen lägger du till följande rad:

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

Detta kommer att uppdatera RTC -klockan var 15: e minut via Internet.

Nu räcker det! Du är klar! Det här var lätt, eller hur? Allt du behöver göra är att starta om datorn:

sudo starta om

Steg 11: Aktivera Watchdog -tjänsten

RPi hänger och fryser ibland oförklarligt. Vakthundstjänsten startar i princip om RPi automatiskt när timern registrerar att datorn inte har gjort någonting på godtycklig tid.

För att aktivera vakthundstjänsten helt måste du först installera vakthundspaketet genom att köra detta i terminalen:

sudo apt-get install vakthund

Ladda sedan servicemodulen manuellt:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Lägg till en.config -fil för att automatiskt ladda modulen och öppna den med nano -editor:

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

Lägg sedan till den här raden i filen:

bcm2835_wdt

och spara sedan filen med att skriva Ctrl+O och sedan Ctrl+X.

Du måste också redigera en annan fil på/lib/systemd/system/watchdog.service genom att köra detta i terminalen:

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

Lägg nu till en rad i avsnittet [Installera]:

[Installera]

WantedBy = multi-user.target

En sak som återstår att göra är att konfigurera själva vakthundstjänsten. Öppna först.conf -filen i terminalen:

sudo nano /etc/watchdog.conf

och sedan kommentera [det vill säga ta bort hashtaggskylten framför den] raden som börjar med #vakthund-enhet. Avmarkera också raden som säger #max-load-1 = 24.

Allt som återstår är att aktivera och starta tjänsten:

sudo systemctl aktivera watchdog.service

Och då:

sudo systemctl start watchdog.service

Steg 12: Skaffa koden

Koden måste laddas ner till /home /pi. För att ladda ner koden där, ange följande i terminalen:

CD

Du kan få koden genom att öppna terminalen och köra:

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

För att kompilera den nedladdade koden och installera alla Python -bibliotek öppnar du terminalen och navigerar till mappen där koden klonas:

cd ~/RMS

Och kör sedan:

sudo python setup.py installera

Steg 13: Konfigurera konfigurationsfilen

Ett av de viktigaste stegen är att konfigurera konfigurationsfilen. Du måste öppna konfigurationsfilen och redigera den:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Installationsprocessen består i princip av flera delar:

Först måste du konfigurera ditt stations -ID, som finns under [System] -titeln. Det måste vara ett tresiffrigt nummer. Om din RPi tillhör en astronomisk organisation kommer stations -IDet att ges till dig från den organisationen. Om inte kan du ställa in ID själv. Därefter måste du ställa in koordinaterna för platsen där din kamera är, inklusive höjden på observationsstället. Informationen om koordinaterna för vilken plats som helst kan enkelt erhållas via appen 'GPS -koordinater' på Android eller appen 'GPS -data - koordinater, höjd, hastighet och kompass' på iOS.

Därefter måste du konfigurera [Capture] -delen av konfigurationsfilen. Du behöver bara ändra inställningarna för upplösning för din kamera och FPS -nummer (Ramar per sekund).

Om du har en NTSC -kamera (Nordamerika) har du en skärmupplösning på 720 x 480, och din FPS är 29,97.

Om du har en PAL -systemkamera (Europa) har du en 720 x 576 skärmupplösning och din FPS är 25. Du bör fylla i data i.config -filen enligt dessa parametrar.

När du är klar med konfigurationsfilinställningen trycker du på Ctrl+O för att spara ändringar i filen och Crtl+X för att avsluta.

Steg 14: Installera kameran

I början av kamerainställningen måste du återigen starta mplayer som möjliggör kommunikation till kameran i terminalen.

Om du har en NTSC -kamera skriver du in detta i terminalen:

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

Om du bor i Europa, kör detta:

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

Då startas mplayer -fönstret och du ser exakt vad din kamera fångar. Nu måste du göra en manuell installation av kameran. Först måste du trycka på den mellersta "SET" -knappen på kamerans baksida, vilket öppnar en meny. Du kan navigera genom det med knapparna runt SET -knappen.

Därefter måste du öppna RMS/Guides/icx673_settings.txt -filen antingen via terminal eller på Github och bara kopiera inställningarna i filen till din kamera genom att navigera genom menyn och ändra kamerans inställningar enligt beskrivningen i här:

LENS - 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 RÖRELSESDETEKTION - AV ……… Tryck på NÄSTA ……… PRIVACY - AV DAG/NATT - S/V (AV, AV, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF Y LEVEL - - C NIVÅ - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SPARA ALL EXIT

Dessa inställningar gör kameran optimal för nattdetektering av meteorer.

Om bilden verkar för mörk (inga stjärnor syns) kan du ställa in AGC -parametern till 24.

Om mplayers display blir grön, tryck på Crtl+C i terminalfönstret. Öppna ett annat terminalfönster och skriv följande kommando två gånger:

sudo killall mplayer

Steg 15: Äntligen! Kör programvaran

Testa först din installation genom att köra StartCapture i 0,1 timmar (6 minuter):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Om allt är OK med installationen ska ett helt vitt fönster visas. Någonstans högst upp i fönstret kommer det att finnas en rad som säger "Maxpixel". Om fönstret inte startar eller om inspelningsprocessen inte startar alls, gå till "Steg 16: Felsökning".

Du är nu redo att börja fånga data och upptäcka meteorer. Allt du behöver göra nu är att köra koden i terminalen:

python -m RMS. StartCapture

Detta kommer att börja fånga efter solnedgången och sluta fånga i gryningen.

Data sparas i/home/pi/RMS_data/CapturedFiles och filerna med meteordetekteringarna sparas/home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Alla meteordetekteringar för en natt av detektering lagras i en *.tar.gz -fil i/home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Steg 16: Felsökning

GTK -fråga

Ibland och på vissa enheter verkar det inte finnas något "Maxpixel" -fönster som ska återges före inspelningen och att det finns en varning i RMS. StartCapture -loggen:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: GTK+ 2.x-symboler har upptäckts. Det går inte att använda GTK+ 2.x och GTK+ 3 i samma process

Du måste installera ett paket med apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

För att åtgärda felet och börja fånga, kör:

pytonorm

Och då:

>> importera matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Detta kommer att skriva ut platsen för matplotlib python biblioteks konfigurationsfil, t.ex.: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Redigera filen med hjälp av nanoredigeraren:

sudo nano

Och när du är i filen, ersätt raden som säger:

backend: gtk3agg

med den här raden:

backend: Qt4Agg

Du måste också kommentera raden:

#backend.qt4: PyQt4

Spara filen och du är klar!

Astropy -installationen misslyckades

Om astropypython -modulen misslyckas med installationen och felmeddelandet som visas säger:

ImportError: Ingen modul som heter _build_utils.apple_accelerate

Då behöver du förmodligen en nyare version av numpy. Så fortsätt och uppgradera numpy för att lösa problemet:

sudo pip -uppgradera numpy

Efter att ha gjort det måste du också göra en fullständig ominstallation av python -modulerna och andra paket, som beskrivs i steg 9.

Steg 17: Resultat

Här är några meteorbilder som vi fick från att fånga meteorerna och köra den tidigare installerade programvaran.