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Raspberry pi
Wetterfeste Kamera für den Outdoor-Einsatz mit dem Raspberry pi

Ziel dieser Geschichte ist der Aufbau einer wetterfesten Kamera mit einer hohen Auflösung für den Außeneinsatz. Die Kamera soll einen geringen Stromverbrauch haben und über WLAN verfügen. Funktionen wie z.B. Bewegungserkennung sollen später auch per Software eingebaut werden.

Ich beschreibe hier zunächst die Hardware-Komponenten, die in Details sicherlich den eigenen Wünschen angepasst werden können.

 Linkliste für den Einkauf bei den Elektronik-Apotheken Conrad und ELV:


 

1. Raspberry pi - Modell B

http://www.conrad.de/ce/de/product/874675/Mainboard-Motherboard-Raspberry-Pi-Model-B-Prozessor-ARM1176JZFS-1x-700-MHz

Hier gibt es noch die Alternative des Modells A mit etwas geringerer Ausstattung (256 MB und nur einen USB-Port) - ich denke man kann für 15 Euro mehr doch das Modell B wählen.

UPDATE 12.09.17 Ich habe neuerdings für meine Kamera-Zwecke einen PI Zero im Einsatz- reicht vollkommen aus und hat mittlerweile sogar WLAN an Board.
 

2. Stromversorgung für den pi

Stromversorgung scheint für den pi ein wichtiges Thema zu sein. Beim Einsatz nicht geeigneter Netzteile kommt es zu großen Instabilitäten. Ich habe gute Erfahrungen mit diesem USB-Hub (aktiv) von Belkin gemacht.

http://www.conrad.de/ce/de/product/972520/Belkin-4-Port-Hub-mit-Netzteil

UPDATE 12.09.17 Ich finde die aktuellen Raspberries sind nicht mehr so empfindlich und es reicht auch das folgende Netzteil:
https://www.elv.de/goobay-netzteil-mit-micro-usb-anschluss-5-v-2-a-z-b-fuer-raspberry-pi.html
 

3. SD-Karte

Auch hier wieder eine Karte mit guten Erfahrungen, 16 GB ist mehr als ausreichend (UPDATE 12.09.17 8 GB sind ausreichend).

http://www.conrad.de/ce/de/product/413009/Transcend-16GB-SDHC-Karte-Class10
 

4. Gehäuse für den pi

Möglichst billig kaufen, Gehäuse ist definitiv völlig egal. Ich habe mittlerweile 3 verschiedene ...

http://www.conrad.de/ce/de/product/358365/TEKO-TEK-BERRY9-Gehaeuse-fuer-Raspberry-PI
 

5. WLAN-Stick

Ich bevorzuge hier WLAN-Sticks mit einem externen Antennen-Anschluss über SMA. Der Stick von Conrad hat einen vernünfitgen Chipsatz und läuft sehr stabil.

Achtung: Mit diesem Stick ist nicht die Einrichtung und Konfiguration als Accesspoint möglich!

http://www.conrad.de/ce/de/product/973786/WLAN-Antennen-Stick-N150
 

6. Wetterfestes Gehäuse

Ein genialer Trick, ein Halogenstrahler für 6,95 Euro ergibt ein wetterfestes Gehäuse:
http://www.conrad.de/ce/de/product/817613/Brennenstuhl-Halogenstrahler-H-150-IP-44-Schwarz-150-W-Schwarz

Dafür gibt es jetzt sogar einen Einsatz um das Kameramodul vernünftig zu positionieren:
https://www.thingiverse.com/thing:2109249

UPDATE 12.09.17 Mit dem Einsatz eines PI-Zero dürfte auch das Gehäuse schrumpfen- ein anderes als das oben genannte habe ich aber noch nicht getestet.
 

7. Externe Antenne

Mit dem WLAN-Stick wird eine Antenne geliefert. Wenn diese für den Einsatzzweck ausreicht, dann ist diese Beschaffung nicht notwendig. Es gibt aber auch längere Antennen mit einer besseren Empfangsleistung oder sogar Richtantennen. Hier nur zwei Beispiele:

(Wie gesagt: Nicht notwendig, wenn die beim WLAN-Stick mitgelieferte Antenne ausreichend ist)

http://www.conrad.de/ce/de/product/401956/Delock-WLAN-Antenne-RP-SMA-Stecker-mit-7-dBi-Signalgewinn

(Diese Richtantenne habe ich jetzt im Außeneinsatz und sie fokussiert das Signal sehr schön auf einen begrenzten Raum - empfehlenswert!)

http://www.conrad.de/ce/de/product/995061/LevelOne-WAN-1160-6dBi8dBi-Dual-Band-Indoor-Antenne
http://www.conrad.de/ce/de/product/398966/Delock-WLAN-Antenne-RP-SMA-mit-9-dBi-Signalgewinn
 

8. Standfuß für externe Antenne

Passend zur mitgelieferten oder extra gekauften Antenne gehört noch ein Standfuß:
http://www.conrad.de/ce/de/product/974901/Digitus-Antennenfuss-WLAN-SMA-Anschluss
 

9. Kamera-Modul

Das ist ein sehr entscheidender Punkt bei dem Gesamtkonzept. Nimmt man eine USB-Webcam (z.B. Logitech) oder greift man auf das Kameramodul von Raspberry zurück? Meine Entscheidung ist hier eindeutig: Das Kameramodul von Raspberry steckt jede Webcam locker in die Tasche.

Logitech-Webcam im mittleren Preissegment:
http://www.conrad.de/ce/de/product/976061/Logitech-HD-Webcam-C525

2013-05-20 08-00-06.jpg

Raspberry pi Kameramodul:
http://i1o.de?7fd13bb4

2013-06-20 08-38-35.jpg

Die Bilder sprechen wirklich für sich und jeder sollte die Geduld haben auf die Verfügbarkeit des Raspberry Kameramoduls zu warten. Wenn man später eine Bewegungserkennung implementieren möchte, dann kann es sinnvoll sein eine günstige Webcam via USB zusätzlich zum Kameramodul anzuschliessen. So kann man in schneller Folge mit der Webcam Bilder in niedriger Auflösung generieren und auf Bewegung untersuchen. Hier eine sehr günstige und funktionierende Webcam:

http://www.conrad.de/ce/de/product/973991/Logitech-C270-HD-Webcam

UPDATE 12.09.17 Es gibt mittlerweile etliche Kameramodule für den PI. Ich habe für den Außeneinsatz (wegen des hohen Winkels) dieses Modul im Einsatz:
https://www.reichelt.de/?ARTICLE=148944&PROVID=2788&wt_mc=amc141526782519998&gclid=EAIaIQobChMIoryzlaOf1gIVQp4bCh3v6QNCEAQYASABEgL7w_D_BwE

 Zusammenbau:



Eigentlich werden alle Teile in das Halogenstrahlergehäuse "gefummelt". Dazu wird der Halogenstrahler zunächst entkernt. Dann fängt man an, das Antennenkabel und das Stromkabel durch die wasserdichte Schleuse und den Eingang des Strahlers zu fummeln. Wenn man das geschafft hat ist das Schwierigste schon erledigt.

Dann bringt man die restlichen Komponenten ein, zuerst den pi mit SD-Karte und verbunden mit dem USB-Hub. Danach steckt man den Wlan-Stick in den HUB und eventuell die USB-Kamera. Die Kamera bzw. das Kameramodul kann dann mit dem aus dem Originalstrahler ausgebauten Metallstück vor der Scheibe in Stellung gebracht werden.

Hier das fertige Werk:
2013-04-17 07.38.28.jpg

 Installation:


 

Wheezy

Wir besorgen uns die Distribution Wheezy für den Raspberry unter folgendem Link:

http://downloads.raspberrypi.org/images/raspbian/2013-05-25-wheezy-raspbian/2013-05-25-wheezy-raspbian.zip

Falls der Link veraltet ist, einfach hier auf der Seite nach dem direkten Donwload von Wheezy suchen:

http://www.raspberrypi.org/downloads

Es handelt sich dabei um ein mit ZIP-gepacktes Archiv, darin enthalten ist ein sogenanntes Image von der Distribution. Dieses Image wird mit Hilfe der Software Win32DiskImager auf den Stick gebracht:

http://sourceforge.net/projects/win32diskimager/
 

Login via SSH

Danach ist das System bereit für den ersten Start. Wheezy ist standardmäßig mit vorinstalliertem SSH-Daemon ausgestattet, d.h. eine Installation ohne Monitor und Tastatur ist möglich. Allerdings muss man dazu ein Netzwerkkabel anschliessen, denn ein WLAN-Stick funktioniert nicht "out of the box". Also schnell ein Netzwerkkabel eingestöpselt und den pi gestartet.

Der pi ist auf DHCP konfiguriert, d.h. er sucht sich beim Booten selbständig eine IP-Adresse. Diese kann man entweder ausprobieren oder im Router nachschauen (falls dieser eine Info über die vergebenen IP-Adressen ausspuckt, z.B. AVM Fritz!Box).

Danch besorgt man sich den SSH-Client "Putty" und verbindet sich mit dem pi:

http://the.earth.li/~sgtatham/putty/latest/x86/putty.exe

Login erfolgt dann mit Benutzername "pi" und Kennwort "raspberry" via SSH.
 

Erste Schritte

Ist man eingeloggt können die Konfigurationsschritte erfolgen. Zunächst empfiehlt sich in den root-Modus zu wechseln:


pi@raspberrypi ~ $ id
uid=1000(pi) ...

pi@raspberrypi ~ $ sudo su -
root@raspberrypi:~# id
uid=0(root) gid=0(root) Gruppen=0(root)



D.h. der Befehl "sudo su -" macht uns zu root und wir können mit der Konfiguration anfangen.

Zuerst ändern wir das Kennwort für den Benutzer "pi":
# passwd pi

 

Wlan-Stick

Dann ist der WLAN-Stick an der Reihe. Dazu benötigen wir das Paket wpa_supplicant und installieren es daher:

# aptitude install wpasupplicant



Vorher empfiehlt sich allerdings ein Update des Systems mit den Befehlen:

# aptitude update; aptitude upgrade


Jetzt konfigurieren wir den WLAN-Stick in der Datei /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf, dazu wird zunächst der Konfigurationsblock für das lokale WLAN generiert:


# wpa_passphrase Mein_WLAN testtest



Dabei ist "Mein_WLAN" die SSID des lokalen Netzwerkes und "testtest" das Kennwort für dieses WLAN. Man bekommt nach der Ausführung des Befehls dann einen Abschnitt, den man in die Datei wpa_supplicant.conf einfügt:


network={
        ssid="Mein_WLAN"
        #psk="testtest"
        psk=9d53fc4280f8d8e2792ec2cb62ab4040475d49bff436f411d9a4b5d4cb87a087
}



Wer einen einfachen Editor für Linux sucht und vor dem vi zurückschreckt, dem empfehle ich die Installation des Midnight Commanders:


# aptitude install mc



Dateien werden danach mit mcedit [Dateiname]
 editiert.

Jetzt müssen wir noch die Datei /etc/network/interfaces an unsere WLAN-Konfiguration anpassen:

# mcedit /etc/network/interfaces


auto lo

iface lo inet loopback
iface eth0 inet dhcp

auto wlan0
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet dhcp
        wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

iface default inet dhcp
wireless-power off



Der Befehl "wireless-power off" soll ein stabileres WLAN bringen, da keine Energiesparfunktion verwendet wird.

Jetzt können wir den pi rebooten und er sollte sich mit unserem WLAN verbinden.
 

Installation mjpeg-streamer

Wir verwenden für die Anbindung von USB-Webcam und Kameramodul das Programm "mjpeg-streamer" von der folgenden Webseite:

http://mjpg-streamer.svn.sourceforge.net/viewvc/mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental/

Wir greifen dabei auf die "experimentelle" Version zurück, aber keine Panik - die läuft sehr sehr stabil.

Wir laden jetzt den Sourcecode runter:

# curl 'http://mjpg-streamer.svn.sourceforge.net/viewvc/mjpg-streamer/mjpg-streamer-experimental/?view=tar' > mj.tar



Dann entpacken wir die Quellen:
# tar xvf mj.tar


Danach wechseln wir mit # cd mjpg-streamer-experimental
 in das Quellen-Verzeichnis und kompilieren mit:
# make


Das sollte problemlos durchlaufen, wahrscheinlich müssen vorher noch der C-Compiler gcc und make installiert werden.
 

Konfiguration einer USB-Webcam


Wir befassen uns zunächst mit der Installation einer USB-Webcam. Wir passen einfach die Datei start.sh im mjpeg-streamer Verzeichnis an:

# mcedit start.sh

#!/bin/sh
RES="1024x576"
export LD_LIBRARY_PATH="$(pwd)"
./mjpg_streamer -i "input_uvc.so -r $RES -l off" -o "output_http.so -p 80 -w ./www -c [BENUTZER]:[PASSWORT]"

exit 0




Die Auflösung wird hier auf 1024 * 576 Pixel gestellt, der Port für die Webcam ist 80 und Benutzername und Passwort werden hinter dem Schalter "-c" konfiguriert.

Danach starten wir den mjpeg-streamer mit dem Start-Skript und schauen was passiert.


MJPG Streamer Version: svn rev: Nicht versioniertes Verzeichnis
i: Using V4L2 device.: /dev/video0
i: Desired Resolution: 640 x 480
i: Frames Per Second.: not limited
i: Format............: JPEG
i: TV-Norm...........: DEFAULT
o: www-folder-path...: ./www/
o: HTTP TCP port.....: 8080
o: username:password.: disabled
o: commands..........: enabled



Wenn alles funktioniert kommt die Eingabeaufforderung nicht zurück und der pi kann auf Port 80 im Webbrowser angesprochen werden.
 

Konfiguration des internen Kameramoduls


Wir verwenden bei dem internen Kameramodul das Programm raspistill in einer Schleife.

/usr/local/bin/raspilapse.sh:

#!/bin/bash

while true
do
        raspistill -th 0:0:0 -ex night -t 999999 -tl 250 -o /run/shm/test.jpg -w 1280 -h 768 -q 15 -v
        echo "waiting ..."
        sleep 30
done




Das Programm nimmt kontinuierlich Bilder in einer Auflösung von 1280x768 Pixeln auf und speichert sie im Hauptspeicher, so dass die SD-Karte nicht belastet wird.

Diesen Prozess starten wir beim Systemstart via /etc/rc.local:


screen -d -m -S lapse /usr/local/bin/raspilapse.sh



MJPG-Streamer müssen wir jetzt auf dieses eine Bild konfigurieren:

export LD_LIBRARY_PATH="$(pwd)"
./mjpg_streamer -i 'input_file.so -f /run/shm -d 0' -o "output_http.so -p 80 -w ./www -c [BENUTZER]:[PASSWORT]"
exit 0



Und auch via /etc/rc.local starten:


screen -d -m -S video0 ./start.sh



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Knowledge base wurde zuletzt bearbeitet am 12.07.13 durch Frank

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