Estación de meteoritos Raspberry Pi: 17 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

El objetivo de este tutorial es que construya una cámara de video de detección de meteoros en pleno funcionamiento que podrá utilizar más adelante para la detección y las observaciones de meteoritos. Los materiales utilizados serán relativamente baratos y se pueden comprar fácilmente en su tienda de tecnología local. Todo el software utilizado en este proyecto es de código abierto y el proyecto en sí es de código abierto.

Puede encontrar más información sobre el proyecto en Hackaday y en Github de la Red de meteoritos de Croacia.

Paso 1: Requisitos y materiales

Los materiales utilizados son:

• Computadora Raspberry Pi 3
• Tarjeta micro SD de clase 10, 32 GB de almacenamiento o superior
• adaptador de tarjeta micro SD
• Fuente de alimentación de 5V para el RPi con la corriente máxima de al menos 2A
• Estuche RPi con ventilador
• Disipadores de calor
• Módulo RTC (reloj en tiempo real) - módulo DS3231 RTC
• Digitalizador de video EasyCap (chipset UTV007) (los otros tienen problemas en el RPi)
• Cámara CCTV Sony Effio 673 y lente de campo amplio (4 mm o 6 mm)
• Fuente de alimentación de la cámara de 12V
• Carcasa de cámara de seguridad
• Cableado y cables
• OPCIONAL: Adaptador HDMI a VGA

Paso 2: Configuración del RPi - Materiales

Primero comenzaremos con la configuración del RPi. Para hacer eso, necesitaremos los siguientes materiales:

• Frambuesa pi 3
• 3 disipadores de calor
• Caja de plástico RPi con ventilador
• Módulo RTC
• tarjeta SD

Paso 3: Instalar Raspbian

Ahora tendrás que instalar Raspbian, el sistema operativo de RPi en tu tarjeta micro SD. Puede obtener Raspbian Jessie (la imagen del sistema operativo que funciona con esta configuración de cámara actual) en este enlace: Descarga de Raspbian

Además, debe tener un adaptador de tarjeta micro SD para instalar el sistema operativo en la tarjeta.

En caso de que su tarjeta SD no sea nueva, deberá formatear la tarjeta antes de instalar Raspbian. Puede encontrar la guía para instalar Raspbian y formatear la tarjeta SD en este enlace: Instalación de Raspbian

Paso 4: Disipadores de calor y tarjeta SD

Comenzamos pegando los disipadores de calor a la CPU y GPU de la placa, así como a la parte posterior de la GPU. Primero tienes que despegar la cubierta azul debajo de la cual hay una superficie pegajosa que se adhiere a las unidades mencionadas. La parte que se despega puede ser un poco complicada, pero puede usar cualquier objeto afilado para quitar la cubierta con relativa facilidad.

Después de eso, debe colocar la tarjeta SD en la que instaló Raspbian en el puerto de la tarjeta SD en su RPi (para la ubicación del puerto de la tarjeta SD, consulte el Paso 6).

Paso 5: Montaje de la caja y el ventilador

Después de eso, puede pasar a ensamblar la caja en la que estará su RPi. La caja está hecha de plástico y nuevamente está cubierta con una lámina que se desprende fácilmente. Le sugerimos que comience a ensamblar la caja desde los lados de su placa RPi, ya que entonces podrá identificar fácilmente qué lado es cuál y cómo exactamente debe ensamblarse la caja reconociendo las ranuras del puerto en los lados. Luego adjuntarás la parte inferior de la caja. Asegúrese de que el orificio de la parte inferior esté alineado con la GPU.

Después de eso, puede colocar la parte superior de la caja. Las 'patas' más pequeñas que salen a ambos lados del lado superior deben estar alineadas con pequeños orificios en cada lado de la caja. En este punto, debe asegurarse de que la parte superior de la caja esté sobre la matriz de pines GPIO. Continuando, ahora puede conectar el módulo RTC. Se puede conectar a los primeros cuatro pines GPIO mirando hacia el centro de la placa, como se ve en la imagen. Ahora termine el trabajo de configurar el hardware de su RPi simplemente conectando el ventilador a la parte superior de la placa. La función del ventilador, al igual que la de los disipadores de calor, es permitir una refrigeración y un rendimiento óptimos de su RPi cuando se encuentra bajo una gran carga computacional. Primero atornillará el ventilador en su lugar usando un pequeño tornillo en cruz, con los tornillos y el logo del ventilador apuntando hacia el interior de la caja. Luego, el cable del ventilador debe conectarse a los pines GPIO 2 y 3, mirando hacia el exterior de la caja. Si algunos de los tornillos parecen estar interfiriendo con la propia placa y / o no permiten que la caja se cierre por completo, por supuesto puedes atornillar algunos de ellos para que apunten hacia el exterior de la caja. Si el ventilador no parece funcionar, intente volver a conectar el cable del ventilador a las clavijas o incluso soldar el cable suelto al ventilador.

Paso 6: Conexión de los periféricos

En esta parte del proceso, convertirá su placa RPi en una computadora utilizable.

Para ello necesitará:

• OPCIONAL: cable HDMI a VGA
• ratón
• teclado
• Monitor
• Cables de alimentación de monitor y RPi

Comenzará conectando el monitor a su RPi. El puerto de video que usa RPi es HDMI, por lo que si no tiene un cable o monitor HDMI (por ejemplo, si tiene un cable VGA), debe comprar un adaptador HDMI a VGA. El puerto HDMI está ubicado en uno de los lados de la computadora de placa única RPi. Después de eso, puede conectar su teclado y mouse al RPi a través de los puertos USB. Después de configurar sus dispositivos básicos de entrada y salida, puede conectar su RPi a una fuente de alimentación usando el adaptador y el cable que vienen con su placa. Es importante tener en cuenta que la potencia de la electricidad utilizada para hacer funcionar el RPi debe ser de al menos 2,5 A.

Paso 7: configuración del hardware de la cámara

En este paso, realizará una configuración de hardware de su cámara y la conectará a RPI.

Para ello, necesitará lo siguiente:

• EasyCap ADC (convertidor analógico-digital) - chipset UTV007
• Cámara CCTV Sony Effio
• Cableado y cables

La instalación y configuración del cable generalmente depende de usted. Básicamente, debe conectar la cámara a la fuente de alimentación con algún tipo de cable de alimentación y la salida de la señal de la cámara a la cámara. Puedes ver nuestra configuración en las imágenes de arriba. Deberá conectar el cable de señal de la cámara al cable hembra amarillo del EasyCap ADC. Los otros cables del EasyCap no serán necesarios. Ahora puede conectar su EasyCap a su RPi. Dado que probablemente no tendrá suficiente espacio alrededor del área de las ranuras USB de la Pi, le sugerimos que conecte el ADC con un cable de extensión USB.

ADVERTENCIA: EasyCap ADC con chipsets STK1160, Empia o Arcmicro no funcionará. El único chipset compatible es UTV007.

Paso 8: prueba de la cámara

Para probar su configuración, deberá verificar la señal transmitida a su RPi.

A partir de ahora, instalará todo el software utilizando el terminal, que es una interfaz de usuario de línea de comandos. Dado que lo usará con mucha frecuencia, es importante tener en cuenta que se puede abrir mediante el atajo de teclado: Crtl + Alt + T.

Primero instale mplayer a través de la terminal usando este comando:

sudo apt-get install mplayer

Este es un programa para ver el video de la cámara.

A continuación, deberá ejecutar mplayer. Si tiene una cámara NTSC (estándar norteamericano), ejecútela en la terminal:

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

Si tiene una cámara PAL (Europa), ingrese lo siguiente:

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

Si está escribiendo los comandos manualmente en la Terminal, asegúrese de que el carácter correcto en la parte "driver = v4l2" del comando anterior no sea uno ('1'), sino una letra L minúscula ('l'). Sin embargo, recomendamos encarecidamente copiar y pegar los comandos usando Ctrl + Shift + C para copiar y Ctrl + Shift + V para pegar comandos dentro de la Terminal. Esto hace que el proceso de configuración sea mucho más fácil y rápido.

Si la cámara está conectada correctamente, verá la transmisión de video de la cámara. Si no es así, vuelva a comprobar los pasos anteriores y asegúrese de seguirlos correctamente.

Paso 9: Instalación de todo el software necesario

A continuación, deberá instalar todo el software necesario. Primero, ejecuta esto:

sudo apt-get update

Y actualice todos los paquetes:

sudo apt-get upgrade

Puede instalar todas las bibliotecas del sistema mediante el siguiente 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-image-tk libffi-dev libssl -dev

Dado que el código utilizado para detectar meteoros está escrito en Python, también debe instalar algunos 'módulos' de Python que se utilizan en el código. Primero, comience instalando pip (Pip Installs Packages) desde la terminal:

sudo pip install -U pip setuptools

También debe instalar y actualizar el paquete Numpy primero:

sudo pip instalar numpy

sudo pip --upgrade numpy

Ya tendrá pip y Python en su RPi, pero debe actualizar a la última versión. Instale todas las bibliotecas de Python con el siguiente comando:

sudo pip instalar gitpython almohada scipy cython astropy pyephem weave paramiko

Esto probablemente llevará algún tiempo.

Paso 10: Configuración de la zona horaria y el módulo RTC

Dado que la hora exacta juega un papel importante en la observación y detección de meteoros, debe asegurarse de que su RPi mantenga la hora correcta. Primero, configure su zona horaria en UTC (una zona horaria estándar entre los astrónomos) usando el siguiente comando:

sudo dpkg-reconfigure tzdata

Esto abrirá una GUI que lo guiará a través del proceso. Seleccione 'Ninguno de los anteriores' y luego 'UTC' y salga.

A continuación, tendrá que configurar su módulo RTC para mantener el tiempo incluso si su computadora está apagada y fuera de línea. Para configurar el módulo, a menudo se le pedirá que edite un archivo de alguna manera. Hazlo con:

sudo nano

donde lo reemplazará con la dirección del archivo real. Una vez que haya terminado, presione Crtl + O y Crtl + X.

Además, cuando deba "comentar" una línea de código, hágalo colocando un signo # al comienzo de la línea en cuestión.

Agregue las siguientes líneas al final de /boot/config.txt:

dtparam = i2c_arm = encendido

dtoverlay = i2c-rtc, ds3231

Luego reinicia tu RPi:

sudo reiniciar

Después de eso, elimine el módulo fake-hwclock ya que ya no lo necesita:

sudo apt-get eliminar fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh habilitar sudo update-rc.d fake-hwclock eliminar

A continuación, comente las líneas con -systz en el archivo / lib / udev / hwclock-set.

Ahora debe establecer la hora actual escribiendo la hora actual del sistema en RTC y deshacerse del demonio NTP redundante:

sudo hwclock -w

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

¡Más edición! Edite el archivo /etc/rc.local y agregue el comando hwclock encima de la línea que dice exit 0:

dormir 1

hwclock -s ntpdate-debian

Evite la configuración automática del reloj a un valor diferente editando el archivo / etc / default / hwclock y cambiando el parámetro H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS = no

Ahora tienes que deshabilitar la actualización del sistema RTC desde el reloj del sistema, ya que ya lo hemos hecho, comentando la siguiente línea en el archivo /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable =! / Usr / sbin / ntpd

Habilite el reloj RTC ejecutando:

sudo systemctl habilitar hwclock-save.service

Para que el tiempo de RTC se actualice cada 15 minutos, ejecute esto:

crontab -e

y seleccione su editor de texto favorito.

Y al final del archivo agregue la siguiente línea:

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

Esto actualizará la hora del reloj RTC cada 15 minutos a través de Internet.

¡Eso es! ¡Estas listo! Esto fue fácil, ¿no? Todo lo que tiene que hacer a continuación es reiniciar la computadora:

sudo reiniciar

Paso 11: Habilitación del servicio de vigilancia

El RPi a veces se cuelga y se congela inexplicablemente. El servicio de vigilancia esencialmente reinicia el RPi automáticamente cuando su temporizador registra que la computadora no ha hecho nada en un período de tiempo arbitrario.

Para habilitar el servicio de vigilancia por completo, primero instale el paquete de vigilancia ejecutando esto en la terminal:

sudo apt-get install watchdog

Luego cargue el módulo de servicio manualmente:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Agregue un archivo.config para cargar automáticamente el módulo y abrirlo con nano editor:

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

Luego agregue esta línea al archivo:

bcm2835_wdt

y luego guarde el archivo escribiendo Ctrl + O y luego Ctrl + X.

También debe editar otro archivo en / lib / systemd / system / watchdog.service ejecutando esto en la terminal:

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

Ahora agregue una línea a la sección [Instalar]:

[Instalar en pc]

WantedBy = multi-user.target

Además, una cosa que queda por hacer es configurar el propio servicio de vigilancia. Primero abra el archivo.conf en la terminal:

sudo nano /etc/watchdog.conf

y luego descomente [es decir, elimine el signo de hashtag delante de él] la línea que comienza con # watchdog-device. También descomente la línea que dice # max-load-1 = 24.

Todo lo que queda es habilitar e iniciar el servicio:

sudo systemctl enable watchdog.service

Y luego:

sudo systemctl start watchdog.service

Paso 12: Obtener el código

El código deberá descargarse en / home / pi. Para descargar el código allí, ingrese lo siguiente en el terminal:

CD

Puede obtener el código abriendo la terminal y ejecutando:

clon de git "https://github.com/CroatianMeteorNetwork/RMS.git"

Ahora, para compilar el código descargado e instalar todas las bibliotecas de Python, abra la terminal y navegue hasta la carpeta donde se clona el código:

cd ~ / RMS

Y luego ejecuta:

instalación de sudo python setup.py

Paso 13: Configuración del archivo de configuración

Uno de los pasos más importantes es configurar el archivo de configuración. Tendrá que abrir el archivo de configuración y editarlo:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

El proceso de configuración consta básicamente de varias partes:

En primer lugar, debe configurar su ID de estación, que se encuentra bajo el título [Sistema]. Tiene que ser un número de 3 dígitos. Si su RPi pertenece a una organización astronómica, la identificación de la estación le será proporcionada por esa organización. De lo contrario, puede configurar el ID usted mismo. A continuación, debes establecer las coordenadas del lugar donde está tu cámara, incluida la altura del lugar de observación. La información sobre las coordenadas de cualquier lugar se puede obtener fácilmente a través de la aplicación 'Coordenadas GPS' en Android o la aplicación 'Datos GPS: coordenadas, elevación, velocidad y brújula' en iOS.

A continuación, debe configurar la parte [Captura] del archivo de configuración. Solo necesita cambiar la configuración de resolución de su cámara y el número de FPS (cuadros por segundo).

Si tiene una cámara NTSC (Norteamérica), tendrá una resolución de pantalla de 720 x 480 y su FPS será de 29,97.

Si tiene una cámara de sistema PAL (Europa), tendrá una resolución de pantalla de 720 x 576 y su FPS será de 25. Debe completar los datos en el archivo.config de acuerdo con estos parámetros.

Una vez que haya terminado con la configuración del archivo de configuración, presione Ctrl + O para guardar los cambios en el archivo y Crtl + X para salir.

Paso 14: Configuración de la cámara

Para el inicio de la configuración de la cámara, deberá iniciar una vez más el mplayer que permite la comunicación con la cámara en el terminal.

Si tiene una cámara NTSC, escriba esto en la terminal:

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

Si vive en Europa, ejecute esto:

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

Luego, se abrirá la ventana de mplayer y verá exactamente lo que está capturando su cámara. Ahora tienes que hacer una configuración manual de la cámara. Primero debe presionar el botón central 'SET' en la parte posterior de la cámara, que abrirá un menú. Puede navegar a través de él con los botones alrededor del botón SET.

A continuación, debe abrir el archivo RMS / Guides / icx673_settings.txt a través de la terminal o en Github, y simplemente copie la configuración proporcionada en el archivo a su cámara navegando por el menú y cambiando la configuración de la cámara como se describe en aquí:

LENTE - MANUAL

OBTURADOR / AGC - MODO MANUAL (ENTRAR) - SHT + AGC OBTURADOR - AGC - 18 BALANCE DE BLANCOS - ANTI CR LUZ DE FONDO - APAGADO AJUSTE DE IMAGEN (ENTRAR) ESPEJO - APAGADO BRILLO - 0 CONTRASTE - 255 NITIDEZ - 0 TONO - 128 GANANCIA - 128 DESFOG - APAGADO ATR - APAGADO DETECCIÓN DE MOVIMIENTO - APAGADO ……… Presione SIGUIENTE ……… PRIVACIDAD - APAGADO DÍA / NOCHE - B / N (APAGADO, APAGADO, -, -) NR (ENTRAR) MODO NR - APAGADO NIVEL Y - - NIVEL C - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… GUARDAR TODO SALIR

Estos ajustes harán que la cámara sea óptima para la detección nocturna de meteoros.

Si la imagen parece demasiado oscura (no se ven estrellas), puede establecer el parámetro AGC en 24.

Si la pantalla de mplayer se vuelve verde, presione Crtl + C en su ventana de Terminal. Abra otra ventana de Terminal y escriba el siguiente comando dos veces:

sudo killall mplayer

Paso 15: ¡Por fin! Ejecutando el software

Primero, pruebe su configuración ejecutando StartCapture durante 0.1 horas (6 minutos):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Si todo está bien con la configuración, debería aparecer una ventana completamente blanca. En algún lugar de la parte superior de la ventana habrá una línea que dice 'Maxpixel'. Si la ventana no se abre o el proceso de captura no se inicia en absoluto, vaya al "Paso 16: Solución de problemas".

Ahora está listo para comenzar a capturar datos y detectar meteoros. Todo lo que tienes que hacer ahora es ejecutar el código en la terminal:

python -m RMS. StartCapture

Esto comenzará a capturar después del atardecer y dejará de capturar al amanecer.

Los datos se guardarán en / home / pi / RMS_data / CapturedFiles, y los archivos con las detecciones de meteoros se guardarán / home / pi / RMS_data / ArchivedFiles.

Todas las detecciones de meteoritos para una noche de detección se almacenarán en un archivo *.tar.gz en / home / pi / RMS_data / ArchivedFile s.

Paso 16: solución de problemas

Problema GTK

A veces, y en algunos dispositivos, parece que no hay una ventana de 'Maxpixel' que deba renderizarse antes de la captura y que hay una advertencia en el registro de RMS. StartCapture:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: Símbolos GTK + 2.x detectados. No se admite el uso de GTK + 2.xy GTK + 3 en el mismo proceso

Tendrá que instalar un paquete usando apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Para corregir el error y comenzar a capturar, ejecute:

pitón

Y luego:

>> importar matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname ()

Esto imprimirá la ubicación del archivo de configuración de la biblioteca de Python matplotlib, por ejemplo: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data / matplotlibrc

Edite el archivo usando el editor nano:

sudo nano

Y cuando esté en el archivo, reemplace la línea que dice:

backend: gtk3agg

con esta línea:

backend: Qt4Agg

También tienes que descomentar la línea:

# backend.qt4: PyQt4

¡Guarde el archivo y listo!

La instalación de Astropy ha fallado

Si el módulo Astropy Python no se instala y el mensaje de error que se muestra dice:

ImportError: ningún módulo llamado _build_utils.apple_accelerate

Entonces probablemente necesite una versión más nueva de numpy. Así que continúe y actualice numpy para resolver el problema:

sudo pip --upgrade numpy

Después de hacer eso, también debe realizar una reinstalación completa de los módulos de Python y otros paquetes, como se describe en el Paso 9.

Paso 17: Resultados

Aquí hay algunas imágenes de meteoros que obtuvimos al capturar los meteoros y ejecutar el software previamente instalado.