Station météorologique Raspberry Pi : 17 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Le but de ce didacticiel est de vous permettre de créer une caméra vidéo de détection de météores entièrement fonctionnelle que vous pourrez utiliser plus tard pour la détection et les observations de météores. Les matériaux utilisés seront relativement bon marché et peuvent être facilement achetés dans votre magasin de technologie local. Tous les logiciels utilisés dans ce projet sont open source, et le projet lui-même est open source.

Vous pouvez trouver plus d'informations sur le projet sur Hackaday et sur Github de Croatian Meteor Network.

Étape 1: Exigences et matériaux

Les matériaux utilisés sont:

• Ordinateur Raspberry Pi 3
• Carte micro SD de classe 10, 32 Go de stockage ou plus
• adaptateur de carte micro SD
• Alimentation 5V pour le RPi avec un courant maximum d'au moins 2A
• Boîtier RPi avec ventilateur
• Dissipateurs
• Module RTC (Horloge Temps Réel) - Module DS3231 RTC
• Numériseur vidéo EasyCap (chipset UTV007) (les autres ont des problèmes sur le RPi)
• Caméra de vidéosurveillance Sony Effio 673 et objectif grand champ (4 mm ou 6 mm)
• Alimentation caméra 12V
• Boîtier de caméra de sécurité
• Câblage et câbles
• EN OPTION: adaptateur HDMI vers VGA

Étape 2: Configuration du RPi - Matériaux

Nous allons d'abord commencer par configurer le RPi lui-même. Pour ce faire, nous aurons besoin du matériel suivant:

• Framboise Pi 3
• 3 dissipateurs thermiques
• Boite plastique RPi avec ventilateur
• Module RTC
• carte SD

Étape 3: Installation de Raspbian

Vous devrez maintenant installer Raspbian, le système d'exploitation de RPi sur votre carte micro SD. Vous pouvez obtenir Raspbian Jessie (l'image du système d'exploitation qui fonctionne avec cette configuration de caméra actuelle) sur ce lien: Téléchargement de Raspbian

En outre, vous devez disposer d'un adaptateur de carte micro SD pour installer le système d'exploitation sur la carte.

Si votre carte SD n'est pas neuve, vous devrez la formater avant d'installer Raspbian. Vous pouvez trouver le guide d'installation de Raspbian et de formatage de la carte SD sur ce lien: Installation de Raspbian

Étape 4: Dissipateurs thermiques et carte SD

Nous commençons par coller les dissipateurs thermiques sur le CPU et le GPU de la carte, ainsi qu'à l'arrière du GPU. Vous devez d'abord décoller le couvercle bleu sous lequel se trouve une surface collante qui se fixe aux unités susmentionnées. La partie décollable peut être un peu délicate, mais vous pouvez utiliser n'importe quel objet pointu pour retirer le couvercle avec une relative facilité.

Après cela, vous devez mettre la carte SD sur laquelle vous avez installé Raspbian dans le port de carte SD de votre RPi (pour l'emplacement du port de carte SD, voir l'étape 6.)

Étape 5: Assemblage de la boîte et du ventilateur

Après cela, vous pouvez passer à l'assemblage de la boîte dans laquelle se trouvera votre RPi. La boîte est en plastique et est à nouveau recouverte d'une feuille qui se détache facilement. Nous vous suggérons de commencer à assembler le boîtier à partir des côtés de votre carte RPi, car vous pourrez alors facilement identifier de quel côté est lequel et comment exactement le boîtier doit être assemblé en reconnaissant les fentes de port sur les côtés. Ensuite, vous attacherez le fond de la boîte. Assurez-vous que le trou sur la face inférieure s'aligne avec le GPU.

Après cela, vous pouvez attacher le côté supérieur de la boîte. Les plus petites « pattes » qui sortent des deux côtés de la face supérieure doivent être alignées avec de petits trous de chaque côté de la boîte. À ce stade, vous devez absolument vous assurer que la partie supérieure du boîtier est au-dessus du réseau de broches GPIO. En continuant, vous pouvez maintenant attacher le module RTC. Il peut être attaché aux quatre premières broches GPIO en regardant vers le centre de la carte, comme on le voit sur l'image. Terminez maintenant le travail de configuration du matériel de votre RPi en fixant simplement le ventilateur sur le dessus de la carte. Le rôle du ventilateur, tout comme celui des dissipateurs thermiques, est de permettre un refroidissement et des performances optimaux de votre RPi lorsqu'il est soumis à une forte charge de calcul. Vous allez d'abord visser le ventilateur en place à l'aide d'une petite vis cruciforme, les vis et le logo du ventilateur pointant vers l'intérieur de la boîte. Ensuite, le câble du ventilateur doit être connecté aux broches GPIO 2 et 3, en regardant vers l'extérieur du boîtier. Si certaines vis semblent gêner la carte elle-même et/ou ne permettent pas de fermer complètement le boitier, vous pouvez bien entendu en visser certaines pour qu'elles pointent vers l'extérieur du boitier. Si le ventilateur ne semble pas fonctionner, essayez de reconnecter le câble du ventilateur aux broches ou même de souder le câble lâche au ventilateur.

Étape 6: connexion des périphériques

Dans cette partie du processus, vous transformerez votre carte RPi en un ordinateur utilisable.

Pour cela, vous aurez besoin de:

• EN OPTION: câble HDMI vers VGA
• Souris
• clavier
• Surveiller
• Câbles d'alimentation moniteur et RPi

Vous commencerez par connecter le moniteur à votre RPi. Le port vidéo utilisé par RPi est HDMI, donc si vous n'avez pas de câble ou de moniteur HDMI (par exemple si vous avez un câble VGA), vous devez acheter un adaptateur HDMI vers VGA. Le port HDMI est situé sur l'un des côtés de l'ordinateur monocarte RPi. Après cela, vous pouvez connecter votre clavier et votre souris au RPi via les ports USB. Après avoir configuré vos périphériques d'entrée et de sortie de base, vous pouvez brancher votre RPi sur une source d'alimentation en utilisant l'adaptateur et le câble fournis avec votre carte. Il est important de noter que la puissance de l'électricité utilisée pour faire fonctionner le RPi doit être d'au moins 2,5 A.

Étape 7: Configuration matérielle de la caméra

Dans cette étape, vous allez effectuer une configuration matérielle de votre caméra et la connecter à RPI.

Pour cela, vous aurez besoin des éléments suivants:

• EasyCap ADC (convertisseur analogique-numérique) - chipset UTV007
• Caméra de vidéosurveillance Sony Effio
• Câblage et câbles

L'installation et la configuration du câble dépendent généralement de vous. Fondamentalement, vous devez connecter la caméra à l'alimentation avec une sorte de câble d'alimentation et la sortie du signal de la caméra vers la caméra. Vous pouvez voir notre configuration sur les images ci-dessus. Vous devrez connecter le câble de signal de la caméra au câble femelle jaune de l'EasyCap ADC. Les autres câbles de l'EasyCap ne seront pas nécessaires. Vous pouvez maintenant connecter votre EasyCap à votre RPi. Étant donné que vous n'aurez probablement pas assez de place autour de la zone des emplacements USB du Pi, nous vous suggérons de connecter l'ADC avec un câble d'extension USB.

ATTENTION: EasyCap ADC avec chipsets STK1160, Empia ou Arcmicro ne fonctionnera pas. Le seul chipset pris en charge est UTV007.

Étape 8: Test de la caméra

Afin de tester votre configuration, vous devrez vérifier le signal transmis à votre RPi.

À partir de maintenant, vous installerez tous les logiciels à l'aide du terminal, qui est une interface utilisateur en ligne de commande. Comme vous l'utiliserez très souvent, il est important de noter qu'il peut être ouvert via le raccourci clavier: Crtl+Alt+T.

Installez d'abord mplayer via le terminal en utilisant cette commande:

sudo apt-get install mplayer

Il s'agit d'un programme pour visualiser la vidéo de la caméra.

Ensuite, vous devrez exécuter mplayer. Si vous avez une caméra NTSC (norme nord-américaine), exécutez ceci dans le terminal:

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

Si vous possédez une caméra PAL (Europe), saisissez les informations suivantes:

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

Si vous saisissez les commandes manuellement dans le terminal, assurez-vous que le caractère correct dans la partie "driver=v4l2" de la commande précédente n'est pas un un ("1"), mais une lettre L minuscule ("l"). Cependant, nous vous recommandons fortement de simplement copier et coller les commandes en utilisant Ctrl+Maj+C pour copier et Ctrl+Maj+V pour coller des commandes à l'intérieur du Terminal. Cela rend le processus de configuration beaucoup plus facile et beaucoup plus rapide.

Si la caméra est correctement connectée, vous verrez le flux vidéo de la caméra. Si ce n'est pas le cas, vérifiez à nouveau les étapes précédentes et assurez-vous de les avoir suivies correctement.

Étape 9: Installation de tous les logiciels nécessaires

Ensuite, vous devrez installer tous les logiciels nécessaires. Tout d'abord, exécutez ceci:

sudo apt-get mise à jour

Et mettez à niveau tous les packages:

sudo apt-get mise à niveau

Vous pouvez installer toutes les bibliothèques système à l'aide de la commande suivante:

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

Étant donné que le code utilisé pour détecter les météores est écrit en Python, vous devez également installer certains "modules" Python qui sont utilisés dans le code. Tout d'abord, commencez par installer pip (Pip Installs Packages) depuis le terminal:

sudo pip install -U pip setuptools

Vous devez également d'abord installer et mettre à jour le package Numpy:

sudo pip installer numpy

sudo pip --upgrade numpy

Vous aurez déjà pip et Python sur votre RPi, mais vous devez passer à la dernière version. Installez toutes les bibliothèques Python avec la commande suivante:

sudo pip installer gitpython Oreiller scipy cython astropy pyephem tisser paramiko

Cela prendra probablement un certain temps.

Étape 10: Configuration du fuseau horaire et du module RTC

Étant donné que l'heure précise joue un rôle important dans l'observation et la détection des météores, vous devez vous assurer que votre RPi conserve l'heure correcte. Tout d'abord, définissez votre fuseau horaire sur UTC (un fuseau horaire standard parmi les astronomes) à l'aide de la commande suivante:

sudo dpkg-reconfigurer tzdata

Cela ouvrira une interface graphique qui vous guidera tout au long du processus. Sélectionnez « Aucune des réponses ci-dessus », puis « UTC » et quittez.

Ensuite, vous devrez configurer votre module RTC pour conserver l'heure même si votre ordinateur est éteint et hors ligne. Pour configurer le module, il vous sera souvent demandé de modifier un fichier d'une manière ou d'une autre. Faites-le avec:

sudo nano

où vous remplacerez par l'adresse réelle du fichier. Une fois que vous avez terminé, appuyez sur Crtl+O et Crtl+X.

De plus, lorsque vous devez « commenter » une ligne de code, faites-le en plaçant un signe # au début de la ligne en question.

Ajoutez les lignes suivantes à la fin de /boot/config.txt:

dtparam=i2c_arm=on

dtoverlay=i2c-rtc, ds3231

Ensuite, redémarrez votre RPi:

redémarrage sudo

Après cela, supprimez le module fake-hwclock puisque vous n'en avez plus besoin:

sudo apt-get supprimer fake-hwclock

sudo update-rc.d hwclock.sh activer sudo update-rc.d fake-hwclock supprimer

Ensuite, commentez les lignes avec -systz dans le fichier /lib/udev/hwclock-set.

Vous devez maintenant définir l'heure actuelle en écrivant l'heure système actuelle sur RTC et vous débarrasser du démon NTP redondant:

sudo hwclock -w

sudo apt-get supprimer ntp sudo apt-get installer ntpdate

Plus de montage ! Modifiez le fichier /etc/rc.local et ajoutez la commande hwclock au-dessus de la ligne indiquant exit 0:

dormir 1

hwclock -s ntpdate-debian

Empêchez le réglage automatique de l'horloge à une valeur différente en modifiant le fichier /etc/default/hwclock et en modifiant le paramètre H WCLOCKACCESS:

HWCLOCKACCESS=non

Maintenant, vous devez désactiver la mise à jour du système RTC à partir de l'horloge système, puisque nous l'avons déjà fait, en commentant la ligne suivante dans le fichier /lib/systemd/system/hwclock-save.service:

ConditionFileIsExecutable=!/usr/sbin/ntpd

Activez l'horloge RTC en exécutant:

sudo systemctl activer hwclock-save.service

Pour que l'heure RTC soit mise à jour toutes les 15 minutes, vous exécutez ceci:

crontab -e

et sélectionnez votre éditeur de texte préféré.

Et à la fin du fichier ajoutez la ligne suivante:

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

Cela mettra à jour l'heure de l'horloge RTC toutes les 15 minutes via Internet.

C'est ça! Vous êtes prêt ! C'était facile, n'est-ce pas ? Il ne vous reste plus qu'à redémarrer l'ordinateur:

redémarrage sudo

Étape 11: Activation du service Watchdog

Le RPi se bloque et se bloque parfois de manière inexplicable. Le service de surveillance redémarre essentiellement le RPi automatiquement lorsque son minuteur enregistre que l'ordinateur n'a rien fait dans un laps de temps arbitraire.

Afin d'activer complètement le service watchdog, installez d'abord le package watchdog en l'exécutant dans le terminal:

sudo apt-get install chien de garde

Chargez ensuite le module de service manuellement:

sudo modprobe bcm2835_wdt

Ajoutez un fichier.config pour charger automatiquement le module et ouvrez-le avec l'éditeur nano:

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

Ajoutez ensuite cette ligne au fichier:

bcm2835_wdt

puis enregistrez le fichier en tapant Ctrl+O puis Ctrl+X.

Vous devez également éditer un autre fichier dans /lib/systemd/system/watchdog.service en l'exécutant dans le terminal:

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

Ajoutez maintenant une ligne à la section [Install]:

[Installer]

WantedBy=multi-user.target

En outre, une chose qui reste à faire est de configurer le service de surveillance lui-même. Ouvrez d'abord le fichier.conf dans le terminal:

sudo nano /etc/watchdog.conf

puis décommentez [c'est-à-dire supprimez le signe hashtag devant] la ligne qui commence par #watchdog-device. Décommentez également la ligne qui dit #max-load-1 = 24.

Il ne reste plus qu'à activer et démarrer le service:

sudo systemctl activer watchdog.service

Puis:

sudo systemctl démarrer watchdog.service

Étape 12: Obtenir le code

Le code devra être téléchargé dans /home/pi. Pour y télécharger le code, entrez ce qui suit dans le terminal:

CD

Vous pouvez obtenir le code en ouvrant le terminal et en exécutant:

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

Maintenant, afin de compiler le code téléchargé et d'installer toutes les bibliothèques Python, ouvrez le terminal et accédez au dossier où le code est cloné:

cd ~/RMS

Et puis lancez:

sudo python setup.py installer

Étape 13: Configuration du fichier de configuration

L'une des étapes les plus importantes est la configuration du fichier de configuration. Vous devrez ouvrir le fichier de configuration et l'éditer:

sudo nano /home/pi/RMS/.config

Le processus de mise en place se compose essentiellement de plusieurs parties:

Tout d'abord, vous devez configurer votre ID de station, qui se trouve sous le titre [Système]. Il doit s'agir d'un numéro à 3 chiffres. Si votre RPi appartient à une organisation astronomique, l'identifiant de la station vous sera donné par cette organisation. Sinon, vous pouvez définir l'ID vous-même. Ensuite, vous devez définir les coordonnées de l'endroit où se trouve votre caméra, y compris la hauteur du lieu d'observation. Les informations concernant les coordonnées de n'importe quel endroit peuvent être facilement obtenues via l'application 'GPS Coordinates' sur Android ou l'application 'GPS Data - Coordinates, Elevation, Speed & Compass' sur iOS.

Ensuite, vous devez configurer la partie [Capture] du fichier de configuration. Il vous suffit de modifier les paramètres de résolution de votre appareil photo et le nombre de FPS (Frames Per Second).

Si vous avez une caméra NTSC (Amérique du Nord), vous aurez une résolution d'écran de 720 x 480 et votre FPS sera de 29,97.

Si vous avez une caméra système PAL (Europe), vous aurez une résolution d'écran de 720 x 576 et votre FPS sera de 25. Vous devez renseigner les données dans le fichier.config en fonction de ces paramètres.

Une fois que vous avez terminé la configuration du fichier de configuration, appuyez sur Ctrl+O pour enregistrer les modifications apportées au fichier et sur Crtl+X pour quitter.

Étape 14: Configuration de la caméra

Pour le début de la configuration de la caméra, vous devrez à nouveau lancer le mplayer qui permet la communication avec la caméra dans le terminal.

Si vous avez une caméra NTSC, tapez ceci dans le terminal:

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

Si vous habitez en Europe, exécutez ceci:

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

Ensuite, la fenêtre mplayer se lancera et vous verrez exactement ce que votre caméra capture. Vous devez maintenant effectuer une configuration manuelle de la caméra. Vous devez d'abord appuyer sur le bouton central « SET » à l'arrière de l'appareil photo, ce qui ouvrira un menu. Vous pouvez le parcourir avec les boutons autour du bouton SET.

Ensuite, vous devez ouvrir le fichier RMS/Guides/icx673_settings.txt soit via un terminal, soit sur Github, et copier simplement les paramètres donnés dans le fichier sur votre appareil photo en naviguant dans le menu et en modifiant les paramètres de l'appareil photo comme décrit dans ici:

LENTILLE - MANUEL

OBTURATEUR/AGC - MODE MANUEL (ENTER) - SHT+AGC OBTURATEUR - AGC - 18 BALLANCE DES BLANCS - ANTI CR BACKLIGHT - OFF IMAGE ADJUSTMENT (ENTER) MIROIR - OFF LUMINOSITÉ - 0 CONTRAST - 255 NETTETÉ - 0 TEINTE - 128 GAIN - 128 DEFOGG - OFF ATR - OFF DETECTION DE MOUVEMENT - OFF ……… Appuyez sur SUIVANT ……… CONFIDENTIALITÉ - OFF JOUR/NUIT - N/B (OFF, OFF, -, -) NR (ENTER) NR MODE - OFF Y LEVEL - - C LEVEL - - CAM ID - OFF SYNC - INT LANG - ENG ……… SAUVEGARDER TOUT QUITTER

Ces paramètres rendront la caméra optimale pour la détection nocturne des météores.

Si l'image semble trop sombre (aucune étoile n'est visible), vous pouvez régler le paramètre AGC sur 24.

Si l'affichage du mplayer devient vert, appuyez sur Crtl+C dans sa fenêtre Terminal. Ouvrez une autre fenêtre de terminal et tapez deux fois la commande suivante:

sudo killall mplayer

Étape 15: Enfin ! Exécution du logiciel

Tout d'abord, testez votre configuration en exécutant StartCapture pendant 0,1 heure (6 minutes):

python -m RMS. StartCapture -d 0.1

Si tout est OK avec la configuration, une fenêtre complètement blanche devrait apparaître. Quelque part en haut de la fenêtre, il y aura une ligne qui dit "Maxpixel". Si la fenêtre ne se lance pas ou si le processus de capture ne démarre pas du tout, passez à « Etape 16: Dépannage ».

Vous êtes maintenant prêt pour le début de la capture des données et de la détection des météores. Il ne vous reste plus qu'à exécuter le code dans le terminal:

python -m RMS. StartCapture

Cela commencera à capturer après le coucher du soleil et s'arrêtera à l'aube.

Les données seront enregistrées dans /home/pi/RMS_data/CapturedFiles, et les fichiers avec les détections de météores seront enregistrés /home/pi/RMS_data/ArchivedFiles.

Toutes les détections de météores pour une nuit de détection seront stockées dans un fichier *.tar.gz dans /home/pi/RMS_data/ArchivedFile s.

Étape 16: Dépannage

problème GTK

Parfois et sur certains appareils, il semble qu'il n'y ait pas de fenêtre 'Maxpixel' qui devrait être rendue avant la capture et qu'il y a un avertissement dans le journal RMS. StartCapture:

(StartCapture.py:14244): Gtk-ERROR **: symboles GTK+ 2.x détectés. L'utilisation de GTK+ 2.x et GTK+ 3 dans le même processus n'est pas prise en charge

Vous devrez installer un paquet en utilisant apt-get:

sudo apt-get install pyqt4-dev-tools

Pour corriger l'erreur et commencer la capture, exécutez:

python

Puis:

>> importer matplotlib

>> matplotlib.matplotlib_fname()

Cela imprimera l'emplacement du fichier de configuration de la bibliothèque python matplotlib, par exemple: /usr/local/lib/python2.7/dist-packages/matplotlib-2.0.2-py2.7-linux-armv7l.egg/matplotlib/mpl -data/matplotlibrc

Modifiez le fichier avec en utilisant l'éditeur nano:

sudo nano

Et une fois dans le fichier, remplacez la ligne qui dit:

backend: gtk3agg

avec cette ligne:

backend: Qt4Agg

Vous devez également décommenter la ligne:

#backend.qt4: PyQt4

Enregistrez le fichier et vous avez terminé !

L'installation d'Astropy a échoué

Si l'installation du module python d'astropy échoue et que le message d'erreur affiché indique:

ImportError: aucun module nommé _build_utils.apple_accelerate

Ensuite, vous avez probablement besoin d'une version plus récente de numpy. Alors allez-y et mettez à niveau numpy pour résoudre le problème:

sudo pip --upgrade numpy

Après cela, vous devez également effectuer une réinstallation complète des modules python et des autres packages, comme décrit à l'étape 9.

Étape 17: Résultats

Voici quelques images de météores que nous avons obtenues en capturant les météores et en exécutant le logiciel précédemment installé.