Автономна система охорони і спостереження на Raspberry PI

Погравшись з Raspberry Pi і камерою для нього, я задумався про його практичному застосуванні. Якраз до цього моменту визріла необхідність в автономній системі спостереження з функціями охорони для дачі (бездоглядні сусідські дітки спалили лазню на дачі в результаті посиденьок з алкоголем і куріння).

Можливо, мій досвід і результати роботи (образ SD зі всім налаштованим) будуть корисні.

Відео на місцевості не знімав. На зиму не ризикнув залишати на неохоронюваної дачі з засипаними снігом дорогами.

Деякі шматочки роботи в тепличних умовах:


Проект не був замовним. Робив виключно для себе і власного задоволення. Від роботи з відео в автономному режимі через модем відмовився відразу. Відео через модем в режимі навіть у 3G — це несерйозно.

Вхідні обмеження проекту:
  1. Низькошвидкісний Інтернет через GSM модем (МТС). У кращому випадку 2G;
  2. Немає свого хоста з «білим IP»;
  3. Тільки легкодоступні компоненти.


Вхідні вимоги, які я сформулював для себе:
  1. Автономна робота з перевантаженням після збою живлення і програмних збоїв;
  2. Поворотна платформа (горизонталь+вертикаль) з круговим оглядом;
  3. Довгофокусний об'єктив;
  4. Зовнішні автономні датчики з радіоканалом;
  5. Автоматична зйомка зони спрацьовування датчика;
  6. Посилка Alarm SMS;
  7. Посилка Alarm+фото низького/середнього дозволу на e-mail;
  8. Фонова вивантаження фото високої роздільної здатності на хмарний диск;
  9. Фонова вивантаження логів на хмарний диск;
  10. Управління через e-mail (посилкою bash скриптів і отримання результатів їх виконання);
  11. Управління через SMS. Виклик зумовлених скриптів. Наприклад, повернути камеру і зробити знімок;
  12. Пересилання прийшли на модем SMS на e-mail;
  13. Додатковий функціонал при знаходженні поруч, в межах сталого WiFi (15-20м):
  • Функції WiFi роутера з роздачею Інтернету;
  • Доступ по ftp і ssh консоль;
  • Web video stream c камери.


За винятком кругового огляду, всі інші вимоги вдалося реалізувати.



Круговий огляд по горизонталі
Повністю круговий огляд не вийшов. Експерименти показали, що подавати струм через пару «від щітки електродвигуна дрилі+струмознімання з фольгованого текстоліту» явно не найкраща ідея. Приблизно в межах 2-5 повороту на 360 градусів відбувається збій по харчуванню і перезавантаження. Додавання електроліту великої ємності не сильно допомогло. В результаті поставив два обмежувача на кут повороту 270 градусів і записав безпосередньо без струмознімачів.

Фоток конструкції із щітками не робив, але експериментував з нею багато. На фото можна зрозуміти, як це виглядало спочатку (прибрані струмознімні щітки і кільця з фольгованого текстоліту).
Експериментувати з іншими видами струмознімачів не став. Для моїх цілей і місця установки 270 градусів огляду достатньо (кут будівлі).

Висновок: струмознімання «вугільна щітка + мідна площину» підходить тільки для випадків, коли короткочасне зникнення контакту не принципово, і де за рахунок руху за інерцією, контакт буде відновлений.



Поворотна платформа.
Для повороту задіяні дешеві крокові двигуни. За паспортом вони працюють від 12V, але як показала практика, і при 19V не гріються в режимі «1 хвилина через 3 хвилини без режиму утримання». Драйвер UN2003 справляється з струмом при 19V навіть в корпусі SO16 (SMD) без перегріву. З штатними драйверами UN2003 в DIP корпусі, які продаються в комплекті до шаговикам, взагалі проблем не повинно бути.
Поворот виконується плавно і абсолютно безшумно.

Эвольвентные шестерні з модулем 1мм, якщо кому цікаво, дуже добре ріжуться на верстаті ЧПУ фрезою 1мм з склотекстоліти.



Вибір саме крокових двигунів обумовлений простотою управління і точністю позиціонування при автономній роботі.

Для виставлення на «0» припускав використовувати геркон з магнітом, але після відмови від кругового огляду, прийшов до висновку, що більш зручна наступна технологія:
  1. Поворот вертикальної і горизонтальної платформи на максимальний кут;
  2. При досягненні упору крокові двигуни починають пропускати кроки (двигуни слабенькі і це цілком припустимо);
  3. В кінці циклу повороту на максимальні кути, можна вважати, що досягнутий «0» щодо упорів.


Позиціонування на «0» таким способом відбувається досить повільно, але все ж швидше, ніж завантаження Linux. Швидкість завантаження Linux на малині просто пригнічує.

Особливості харчування
Як багато разів говорилося, малина ну ДУЖЕ вибаглива до харчування. Я запитал її і WiFi USB від 19V 2.6 A блоку живлення (який був) від старого ноутбука через stepdown DC-DC перетворювач. Окремий stepdown DC-DC перетворювач знадобився на харчування 3G модему.

Від одного перетворювача живлення модем і плату не вийшло, хоча за «китайському паспортом» струму DC-DC модуля повинно було вистачати. Струму в статиці одного перетворювача вистачає, але при активації модему чути як зривається генерація в модулі перетворювача напруги, переходячи в звуковий діапазон, і просідає напругу на виході з перезавантаженням Linux.

Камера
Штатна камера Rasberry Pi c заміною об'єктива. Об'єктив підійшов від модуля MT9D111, купленого давно на e-bay для експериментів. Матриця не стало в нагоді, а об'єктив ідеально підійшов. Разом зі штатним об'єктивом знявся і вбудований в нього IR-фільтр. Що навіть добре, оскільки новий об'єктив з маркуванням IR. Кольори на знімках дещо спотворені (рожеві знімки), але за то можлива IR підсвічування.

Зовнішні датчики
В якості датчика використовується PIR модуль на BISS0001. Передавач з брелока на 433Мгц, трохи дороблений (один біполярний транзистор і резистор) і керований виходом з PIR модуля.
Експерименти показали, що від 12V кислотного акумулятора ця комбінація працює мінімум 2 місяці (може і більше, не пробував).

Приймач 4-х канальний і продається в комплекті з брелком. Таким чином, забезпечується 4 зони охорони з можливістю зробити фото місця спрацювання.

Дальність комплекту передавач-приймач менше, ніж заявлено у продавців, і вже приблизно на 40 метрів прямої видимості прийом не стійкий. Можливо це перешкоди від Raspberry pi, GSM модему та/або DC-DC перетворювачів.
Влітку, деякими ночами, були «помилкові» спрацьовування. Ймовірно на птахів та кажанів.

Перший варіант датчика був з окремим виходом для активації IR підсвічування. Фото тоді не робив, але нічого складного немає. Просто ще один транзистор, керований з виходу PIR. Підсвічування — кругла плата від камери спостереження на 12V з IR світлодіодами.

Після проб, від локальної IR підсвічування зони датчика відмовився:
  1. IR світлодіоди підсвічування чітко видно в сутінках. Демаскує місце установки датчика;
  2. Вночі, локальна IR підсвічування, що включається від PIR датчика, що дає, схоже, позитивний зворотний зв'язок по IR випромінювання і починаються «чудеса» з безперервним спрацьовуванням PIR датчика. Потрібно «вигадувати» з взаємним розташуванням датчика і підсвічування. Важко, незручно і залежить від часу доби.


По сигналу від датчика:
  1. Камера повертається на програмно заданий кут по горизонталі і вертикалі;
  2. Робить знімки низького дозволу (640x480) і знімок з максимальним дозволом (зберігається в tmpfs);
  3. Знімок з низьким дозволом надсилається на e-mail;
  4. Передається SMS, інформує про спрацьовування датчика;
  5. Знімок з високою роздільною здатністю, у фоновому режимі, викладається на хмарний диск. Якщо не виходить відправити відразу, то зберігається в архів на SD, для подальшої відправки.




Програмне забезпечення
Налаштувань модему 3g, WiFiи ін. присвячено дуже багато докладних статей, і повторювати їх вважаю нераціональним.
Образ SD з усім
настроєною
.

Файл /home/pi/read.me містить посилання на файли, де потрібно прописати свої паролі.
Налаштований на сервіси Yandex (e-mail і хмарний диск).
Login/password консолі і ftp — стандартна: «pi/raspberry»

Потенційні можливості для поліпшення (на мій погляд):
  1. Зробити "/" повністю readonly. Здебільшого я виніс весь запис файлів в tmpfs. Але, дещо залишилося і було лінь возитися, оскільки, на практиці, ймовірність псування SD, після нештатного вимикання живлення, знизилася до задовольняють мене значень;
  2. Hardware reset модему шляхом переривання ланцюга його живлення. Може це суб'єктивно, але іноді «вкл/викл» допомагає краще, ніж software reset модему. В принципі, це не складно. Всього один польовий транзистор в ланцюзі живлення модему.


Компоненти
Стандартні компоненти:
  1. Raspberry pi + SDкарта від 4Гб;
  2. Raspberry pi camera (китайський клон);
  3. GSM модем МТС 3G (ID 12d1:1506 Huawei Technologies Co., Ltd. E398 LTE/UMTS/GSM Modem/Networkcard).
  4. WiFi стандартних, рекомендованих.(ID 0bda:8176 Realtek Semiconductor Corp. RTL8188CUS 802.11 n WLAN Adapter);
  5. Крокові двигуни 28BYJ-48 12V + драйвери на UN2003;
  6. Блок живлення — будь-12-20V не менш 2A;
  7. Stepdown DC-DCпреобразователи — 2шт. На «китайський» вихідний струм не менше 2A;
  8. Об'єктив, якщо не влаштовує стандартний (а він зовсім ніякої) — будь-який сподобається. Об'єктиви для камер спостережень є на будь-яку задачу і гаманець;
  9. RS232TTL-US Вмодуль для підключення консолі. Фактично тільки для налагодження;
  10. Плата приймача і потрібну кількість PIR модулів і брелків передавача (повно на ebay в різних варіантах).


Спаяти:
  1. Подовжувач USBдля модему з виносом +5V до окремого DC-DCпреобразователю;
  2. Узгодження рівнів між GPIO 3.3 V IN і виходами приймача. На кожен канал — біполярний транзистор + пара резисторів. Я ще світлодіод для контролю поставив;
  3. Роз'єми і шлейфи, що б поєднати все це.


У кого є верстат ЧПУ — без проблем можна намалювати і випиляти корпус/шестерні. Намалювати і вирізати можна максимум за 3 години. Свій вихідний креслення не викладаю. Робив би другий раз — зробив би інакше і компактніше.

Висновки з полученныз результатів
Якби мені було потрібно зробити тиражируемое промислове рішення для аналогічної задачі охоронної сигналізації, то я не вибрав би Raspberry Pi.

Взяв би OEM модуль камери, контролер типу STM32… c інтерфейсом під камеру і OEM модуль GSM модему.
Як то мені зручніше такі речі зовсім без OS робити або на спеціалізованих OS.

Час на розробку функціоналу суто охоронної сигналізації пішло б максимум 3-4 рази більше, ніж пару купи безкоштовного ПЗ з надлишкової функціональністю і доведення всього цього зоопарку до робочого стану.
Енергоспоживання малини і вередливість до харчування просто пригнічують.

А так raspberry pi іграшка цікава. Але тільки пограти. Хоча це моя особиста думка і я її не нав'язую.

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.