Stazione Meteor Raspberry Pi: 17 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

L'obiettivo di questo tutorial è creare una videocamera per il rilevamento di meteoriti perfettamente funzionante che sarà possibile utilizzare in seguito per il rilevamento e le osservazioni di meteoriti. I materiali utilizzati saranno relativamente economici e possono essere facilmente acquistati nel tuo negozio di tecnologia locale. Tutto il software utilizzato in questo progetto è open source e il progetto stesso è open source.

Puoi trovare maggiori informazioni sul progetto su Hackaday e su Github del Croatian Meteor Network.

Passaggio 1: requisiti e materiali

I materiali utilizzati sono:

• Computer Raspberry Pi 3
• Scheda micro SD di classe 10, 32 GB di spazio di archiviazione o superiore
• adattatore per scheda micro SD
• Alimentazione 5V per RPi con corrente massima di almeno 2A
• Custodia RPi con ventola
• Dissipatori di calore
• Modulo RTC (orologio in tempo reale) - Modulo RTC DS3231
• Digitalizzatore video EasyCap (chipset UTV007) (gli altri hanno problemi sull'RPi)
• Telecamera CCTV Sony Effio 673 e obiettivo grandangolare (4 mm o 6 mm)
• Alimentazione telecamera 12V
• Custodia per telecamera di sicurezza
• Cablaggio e cavi
• OPZIONALE: adattatore da HDMI a VGA

Passaggio 2: configurazione dell'RPi - Materiali

Inizieremo prima con la configurazione dell'RPi stesso. Per fare ciò, avremo bisogno dei seguenti materiali:

• Raspberry Pi 3
• 3 dissipatori di calore
• Scatola di plastica RPi con ventola
• Modulo RTC
• scheda SD

Passaggio 3: installazione di Raspbian

Ora dovrai installare Raspbian, il sistema operativo di RPi sulla tua scheda micro SD. Puoi ottenere Raspbian Jessie (l'immagine del sistema operativo che funziona con questa configurazione della fotocamera corrente) su questo link: Download di Raspbian

Inoltre, è necessario disporre di un adattatore per scheda micro SD per installare il sistema operativo sulla scheda.

Nel caso in cui la tua scheda SD non sia nuova di zecca, dovrai formattare la scheda prima di installare Raspbian. Puoi trovare la guida per l'installazione di Raspbian e la formattazione della scheda SD su questo link: Installazione di Raspbian

Passaggio 4: dissipatori di calore e scheda SD

Iniziamo incollando i dissipatori di calore alla CPU e alla GPU della scheda, nonché al retro della GPU. Per prima cosa devi staccare la copertura blu sotto la quale c'è una superficie appiccicosa che si attacca alle suddette unità. La parte che si stacca può essere un po' complicata, ma puoi usare qualsiasi oggetto appuntito per rimuovere il coperchio con relativa facilità.

Dopodiché devi inserire la scheda SD su cui hai installato Raspbian nella porta della scheda SD sul tuo RPi (per la posizione della porta della scheda SD, vedere il passaggio 6.)

Passaggio 5: assemblaggio della scatola e della ventola

Dopodiché puoi passare all'assemblaggio della scatola in cui si troverà il tuo RPi. La scatola è fatta di plastica ed è nuovamente coperta da una pellicola che si stacca facilmente. Ti suggeriamo di iniziare ad assemblare la scatola dai lati della tua scheda RPi, in quanto in questo modo puoi facilmente identificare quale lato è quale e come esattamente deve essere assemblata la scatola riconoscendo le fessure delle porte sui lati. Quindi attaccherai il fondo della scatola. Assicurati che il foro sul lato inferiore sia allineato con la GPU.

Dopodiché puoi attaccare il lato superiore della scatola. Le "gambe" più piccole che escono su entrambi i lati del lato superiore devono essere allineate con piccoli fori su ciascun lato della scatola. A questo punto devi assolutamente assicurarti che la parte superiore della scatola sia sopra l'array di pin GPIO. Andando avanti, ora puoi collegare il modulo RTC. Può essere collegato ai primi quattro pin GPIO guardando verso il centro della scheda, come mostrato in figura. Ora completa il lavoro di configurazione dell'hardware del tuo RPi semplicemente collegando la ventola al lato superiore della scheda. Il ruolo della ventola, lo stesso dei dissipatori di calore, è quello di consentire il raffreddamento e le prestazioni ottimali del tuo RPi quando è sottoposto a un pesante carico computazionale. Avvitare prima la ventola in posizione utilizzando una piccola vite a croce, con le viti e il logo della ventola rivolti verso l'interno della scatola. Quindi il cavo della ventola deve essere collegato ai pin 2 e 3 GPIO, guardando verso l'esterno della scatola. Se alcune viti sembrano interferire con la scheda stessa e/o non consentono la chiusura completa della scatola, è possibile, ovviamente, avvitarne alcune in modo che puntino verso l'esterno della scatola. Se la ventola sembra non funzionare, prova a ricollegare il cavo della ventola ai pin o addirittura a saldare il cavo allentato alla ventola.

Passaggio 6: collegamento delle periferiche

In questa parte del processo, trasformerai la tua scheda RPi in un computer utilizzabile.

Per questo avrai bisogno di:

• OPZIONALE: cavo da HDMI a VGA
• topo
• tastiera del computer
• Tenere sotto controllo
• Monitor e cavi di alimentazione RPi

Inizierai collegando il monitor al tuo RPi. La porta video utilizzata da RPi è HDMI, quindi se non hai un cavo HDMI o un monitor (ad esempio se hai un cavo VGA), devi acquistare un adattatore HDMI TO VGA. La porta HDMI si trova su uno dei lati del computer a scheda singola RPi. Successivamente è possibile collegare la tastiera e il mouse all'RPi tramite le porte USB. Dopo aver configurato i dispositivi di input e output di base, puoi collegare il tuo RPi a una fonte di alimentazione utilizzando l'adattatore e il cavo forniti con la scheda. È importante notare che la potenza dell'elettricità utilizzata per far funzionare l'RPi deve essere di almeno 2,5 A.

Passaggio 7: configurazione hardware della fotocamera

In questo passaggio effettuerai una configurazione hardware della tua fotocamera e la collegherai a RPI.

Per questo avrai bisogno di quanto segue:

• EasyCap ADC (convertitore analogico-digitale) - chipset UTV007
• Telecamera TVCC Sony Effio
• Cablaggio e cavi

L'installazione e la configurazione del cavo dipende generalmente da te. Fondamentalmente, è necessario collegare la telecamera all'alimentatore con una sorta di cavo di alimentazione e l'uscita del segnale della telecamera alla telecamera. Puoi vedere la nostra configurazione nelle immagini sopra. Sarà necessario collegare il cavo di segnale della fotocamera al cavo giallo femmina di EasyCap ADC. Gli altri cavi dell'EasyCap non saranno necessari. Ora puoi connettere il tuo EasyCap al tuo RPi. Poiché probabilmente non avrai abbastanza spazio intorno all'area degli slot USB del Pi, ti suggeriamo di collegare l'ADC con una prolunga USB.

ATTENZIONE: EasyCap ADC con chipset STK1160, Empia o Arcmicro non funzionerà. L'unico chipset supportato è UTV007.

Passaggio 8: test della fotocamera

Per testare la tua configurazione, dovrai controllare il segnale trasmesso al tuo RPi.

D'ora in poi, installerai tutto il software utilizzando il terminale, che è un'interfaccia utente a riga di comando. Poiché lo utilizzerai molto spesso, è importante notare che può essere aperto tramite la scorciatoia da tastiera: Crtl+Alt+T.

Prima installa mplayer tramite il terminale usando questo comando:

sudo apt-get install mplayer

Questo è un programma per visualizzare il video dalla telecamera.

Successivamente, dovrai eseguire mplayer. Se hai una fotocamera NTSC (standard nordamericano), esegui questo nel terminale:

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

Se disponi di una fotocamera PAL (Europa), inserisci quanto segue:

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

Se stai digitando i comandi manualmente nel Terminale, assicurati che il carattere corretto nella parte "driver=v4l2" del comando precedente non sia uno ('1'), ma una lettera L minuscola ('l'). Tuttavia, consigliamo vivamente di copiare e incollare i comandi usando Ctrl+Shift+C per copiare e Ctrl+Shift+V per incollare i comandi all'interno del Terminale. Questo rende il processo di installazione molto più semplice e veloce.

Se la videocamera è collegata correttamente, vedrai il feed video dalla videocamera. In caso contrario, ricontrolla i passaggi precedenti e assicurati di averli seguiti correttamente.

Passaggio 9: installazione di tutto il software necessario

Successivamente dovrai installare tutto il software necessario. Per prima cosa, esegui questo:

sudo apt-get update

E aggiorna tutti i pacchetti:

sudo apt-get upgrade

Puoi installare tutte le librerie di sistema utilizzando il seguente comando:

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-delvk libs -dev

Poiché il codice utilizzato per rilevare le meteore è scritto in Python, devi anche installare alcuni "moduli" Python utilizzati nel codice. Innanzitutto, inizia installando pip (Pip Installs Packages) dal terminale:

sudo pip install -U pip setuptools

Devi anche installare e aggiornare prima il pacchetto Numpy:

sudo pip install numpy

sudo pip --upgrade numpy

Avrai già pip e Python sul tuo RPi, ma devi eseguire l'aggiornamento all'ultima versione. Installa tutte le librerie Python con il seguente comando:

sudo pip install gitpython Pillow scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Questo richiederà probabilmente del tempo.

Passaggio 10: impostazione del fuso orario e del modulo RTC

Poiché l'ora esatta gioca un ruolo importante nell'osservazione e nel rilevamento delle meteore, devi assicurarti che il tuo RPi mantenga l'ora corretta. Innanzitutto, imposta il tuo fuso orario su UTC (un fuso orario standard tra gli astronomi) usando il seguente comando:

sudo dpkg-reconfigure tzdata

Si aprirà una GUI che ti guiderà attraverso il processo. Seleziona "Nessuno dei precedenti" e poi "UTC" ed esci.

Successivamente, dovrai configurare il tuo modulo RTC per mantenere l'ora anche se il tuo computer è spento e offline. Per impostare il modulo ti verrà spesso chiesto di modificare in qualche modo un file. Fallo con:

sudo nano

dove sostituirai con l'indirizzo del file effettivo. Al termine, premi Crtl+O e Crtl+X.

Inoltre, quando ti viene richiesto di "commentare" una riga di codice, fallo inserendo un segno # all'inizio della riga in questione.

Aggiungi le seguenti righe alla fine di /boot/config.txt:

dtparam=i2c_arm=on

dtoverlay=i2c-rtc, ds3231

Quindi riavvia il tuo RPi:

sudo reboot

Dopodiché rimuovi il modulo fake-hwclock poiché non ti serve più:

sudo apt-get remove fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh abilita sudo update-rc.d fake-hwclock remove

Successivamente, commenta le righe con -systz nel file /lib/udev/hwclock-set.

Ora devi impostare l'ora corrente scrivendo l'ora di sistema corrente su RTC e sbarazzarti del demone NTP ridondante:

sudo hwclock -w

sudo apt-get remove ntp sudo apt-get install ntpdate

Più editing! Modifica il file /etc/rc.local e aggiungi il comando hwclock sopra la riga che dice exit 0:

dormire 1

hwclock -s ntpdate-debian

Impedire l'impostazione automatica dell'orologio su un valore diverso modificando il file /etc/default/hwclock e modificando il parametro H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS=no

Ora devi disabilitare l'aggiornamento del sistema RTC dall'orologio di sistema, poiché l'abbiamo già fatto, commentando la seguente riga nel file /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable=!/usr/sbin/ntpd

Abilita l'orologio RTC eseguendo:

sudo systemctl enable hwclock-save.service

Affinché l'ora RTC venga aggiornata ogni 15 minuti, esegui questo:

crontab -e

e seleziona il tuo editor di testo preferito.

E alla fine del file aggiungi la seguente riga:

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

Ciò aggiornerà l'ora dell'orologio RTC ogni 15 minuti tramite Internet.

Questo è tutto! Sei pronto! Questo è stato facile, non è vero? Tutto quello che devi fare dopo è riavviare il computer:

sudo reboot

Passaggio 11: abilitazione del servizio Watchdog

L'RPi a volte si blocca e si blocca inspiegabilmente. Il servizio watchdog essenzialmente riavvia automaticamente l'RPi quando il suo timer registra che il computer non ha fatto nulla in un lasso di tempo arbitrario.

Per abilitare completamente il servizio watchdog, installa prima il pacchetto watchdog eseguendo questo nel terminale:

sudo apt-get install watchdog

Quindi caricare manualmente il modulo di servizio:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Aggiungi un file.config per caricare automaticamente il modulo e aprirlo con nano editor:

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

Quindi aggiungi questa riga al file:

bcm2835_wdt

e quindi salva il file digitando Ctrl+O e poi Ctrl+X.

Devi anche modificare un altro file su /lib/systemd/system/watchdog.service eseguendo questo nel terminale:

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

Ora aggiungi una riga alla sezione [Installa]:

[Installare]

WantedBy=multi-user.target

Inoltre, una cosa che resta da fare è configurare il servizio di watchdog stesso. Per prima cosa apri il file.conf nel terminale:

sudo nano /etc/watchdog.conf

e poi decommenta [cioè, rimuovi il segno dell'hashtag davanti ad esso] la riga che inizia con #watchdog-device. Decommenta anche la riga che dice #max-load-1 = 24.

Non resta che abilitare e avviare il servizio:

sudo systemctl enable watchdog.service

Poi:

sudo systemctl start watchdog.service

Passaggio 12: ottenere il codice

Il codice dovrà essere scaricato in /home/pi. Per scaricare il codice lì, inserisci quanto segue nel terminale:

cd

Puoi ottenere il codice aprendo il terminale ed eseguendo:

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

Ora, per compilare il codice scaricato e installare tutte le librerie Python, apri il terminale e vai alla cartella in cui è clonato il codice:

cd ~/RMS

E poi eseguire:

sudo python setup.py install

Passaggio 13: configurazione del file di configurazione

Uno dei passaggi più importanti è l'impostazione del file di configurazione. Dovrai aprire il file di configurazione e modificarlo:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Il processo di installazione consiste sostanzialmente di più parti:

Prima di tutto, devi impostare il tuo ID stazione, che si trova sotto il titolo [Sistema]. Deve essere un numero di 3 cifre. Se il tuo RPi appartiene a un'organizzazione astronomica, l'ID della stazione ti verrà fornito da quell'organizzazione. In caso contrario, puoi impostare tu stesso l'ID. Successivamente, devi impostare le coordinate del luogo in cui si trova la tua fotocamera, inclusa l'altezza del luogo di osservazione. Le informazioni riguardanti le coordinate di qualsiasi luogo possono essere facilmente ottenute tramite l'app 'GPS Coordinates' su Android o l'app 'GPS Data – Coordinates, Elevation, Speed & Compass' su iOS.

Successivamente, è necessario impostare la parte [Cattura] del file di configurazione. Hai solo bisogno di cambiare le impostazioni di risoluzione per la tua fotocamera e il numero di FPS (Frames Per Second).

Se hai una fotocamera NTSC (Nord America), avrai una risoluzione dello schermo di 720 x 480 e il tuo FPS sarà 29,97.

Se hai una telecamera di sistema PAL (Europa), avrai una risoluzione dello schermo 720 x 576 e il tuo FPS sarà 25. Dovresti inserire i dati nel file.config in base a questi parametri.

Al termine dell'impostazione del file di configurazione, premere Ctrl+O per salvare le modifiche al file e Crtl+X per uscire.

Passaggio 14: configurazione della fotocamera

Per l'inizio della configurazione della fotocamera, dovrai avviare ancora una volta il mplayer che consente la comunicazione con la fotocamera nel terminale.

Se hai una fotocamera NTSC, digita questo nel terminale:

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

Se vivi in Europa, esegui questo:

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

Quindi la finestra di mplayer si avvierà e vedrai esattamente cosa sta catturando la tua fotocamera. Ora devi fare una configurazione manuale della fotocamera. Per prima cosa devi premere il pulsante centrale 'SET' sul retro della fotocamera, che aprirà un menu. Puoi navigare attraverso di esso con i pulsanti attorno al pulsante SET.

Successivamente, devi aprire il file RMS/Guides/icx673_settings.txt tramite terminale o su Github e copiare semplicemente le impostazioni fornite nel file sulla fotocamera navigando nel menu e modificando le impostazioni della fotocamera come descritto in qui:

LENTE - MANUALE

SHUTTER/AGC - MODALITÀ MANUALE (ENTER) - SHT+AGC SHUTTER - AGC - 18 BIL. BIANCO - ANTI CR RETROILLUMINAZIONE - OFF REGOLAZIONE IMMAGINE (ENTER) SPECCHIO - OFF LUMINOSITÀ - 0 CONTRASTO - 255 NITIDEZZA - 0 TONALITÀ - 128 GUADAGNO - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF RILEVAZIONE MOVIMENTO - OFF ……… Premere NEXT ……… PRIVACY - OFF GIORNO/NOTTE - B/N (OFF, OFF, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF LIVELLO Y - - LIVELLO C - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SALVA TUTTO ESCI

Queste impostazioni renderanno la fotocamera ottimale per il rilevamento notturno di meteore.

Se l'immagine sembra troppo scura (non sono visibili stelle), è possibile impostare il parametro AGC su 24.

Se il display di mplayer diventa verde, premi Crtl+C nella sua finestra Terminale. Apri un'altra finestra di Terminale e digita il seguente comando due volte:

sudo killall mplayer

Passaggio 15: finalmente! Esecuzione del software

Innanzitutto, testa la tua configurazione eseguendo StartCapture per 0,1 ore (6 minuti):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Se tutto è a posto con l'installazione, dovrebbe apparire una finestra completamente bianca. Da qualche parte nella parte superiore della finestra ci sarà una linea che dice "Maxpixel". Se la finestra non si avvia o il processo di acquisizione non si avvia affatto, vai al "Passaggio 16: risoluzione dei problemi".

Ora sei pronto per iniziare a catturare dati e rilevare meteore. Tutto quello che devi fare ora è eseguire il codice nel terminale:

python -m RMS. StartCapture

L'acquisizione inizierà dopo il tramonto e si interromperà all'alba.

I dati verranno salvati in /home/pi/RMS_data/CapturedFiles e i file con i rilevamenti di meteoriti verranno salvati /home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Tutti i rilevamenti di meteoriti per una notte di rilevamento verranno archiviati in un file *.tar.gz in /home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Passaggio 16: risoluzione dei problemi

Problema GTK

A volte e su alcuni dispositivi, sembra che non ci sia una finestra "Maxpixel" da visualizzare prima dell'acquisizione e che sia presente un avviso nel registro RMS. StartCapture:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Rilevati simboli GTK+ 2.x. L'utilizzo di GTK+ 2.x e GTK+ 3 nello stesso processo non è supportato

Dovrai installare un pacchetto usando apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Per correggere l'errore e avviare l'acquisizione, eseguire:

pitone

Poi:

>> importa matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname()

Questo stamperà la posizione del file di configurazione della libreria python matplotlib, ad esempio: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Modifica il file con utilizzando l'editor nano:

sudo nano

E quando nel file, sostituisci la riga che dice:

backend: gtk3agg

con questa riga:

backend: Qt4Agg

Devi anche decommentare la riga:

#backend.qt4: PyQt4

Salva il file e il gioco è fatto!

L'installazione di Astropy non è riuscita

Se il modulo astropy python fallisce l'installazione e il messaggio di errore visualizzato dice:

ImportError: nessun modulo chiamato _build_utils.apple_accelerate

Allora probabilmente hai bisogno di una versione più recente di numpy. Quindi vai avanti e aggiorna numpy per risolvere il problema:

sudo pip --upgrade numpy

Dopo averlo fatto, devi anche eseguire una reinstallazione completa dei moduli Python e di altri pacchetti, come descritto nel passaggio 9.

Passaggio 17: risultati

Ecco alcune immagini di meteoriti che abbiamo ottenuto dall'acquisizione delle meteore e dall'esecuzione del software installato in precedenza.