ساخت جعبه پرنده مادون قرمز با برد رزبری پای Raspberry Pi

در این پروژه شما از یک رزبری پای و یک دوربین (NoIR (No Infrared جهت مشاهده زندگی درون لانه پرندگان، بدون اینکه به آنها آزاری برسانید، استفاده میکنید.

چرا از دوربین PI NoIR استفاده میکنیم!!؟

باغ پرنده ها در تعیین مکانی که پرندگان لانه میسازند بسیار تعیین کننده است. جهت نتیجه گیری بهتر از پروژه، جعبه پرنده بهتر است خارج از محدوده تجمع شکارچیان،همچنین دور از باد و طوفان و هرجایی نزدیک مکان پرندگان و غذا دهنده ها باشد.

با هر بار حرکت پرنده نباید جعبه، آسیبی به روند کار تا پایان پرورش جانور بزند. این کار معمولا بین اکتبر تا ژانویه در انگلیس انجام میشود. اگر خطایی در روند اجرا ایجاد شود نمیتوان در جعبه را باز کرد، دست به سیم ها بزنیم یا دروبین را تنظیم کنیم.دلیل آن این است که پرنده تخم ها یا جوجه ها را ترک نکند.

برای اینکار نیاز به سیستمی داریم که بتوان داخل جعبه را مشاهده کرد، زیرا داشتن نور داخل جعبه برای حشرات و شکارچیان جذاب است. در نتیجه انتخاب این روش داخل لانه پرنده جالب نیست. این کار ممکن است، منتها با نوری که توسط حیوانات و انسان قابل مشاهده نباشد، که معمولا به روش دید در شب معروف است. دید در شب از طیف نوری به نام مادون قرمز استفاده میکند که طول موجی بیشتر از نور های قابل مشاهده دارد.
به تصویر زیر توجه کنید، مادون قرمز در سمت راست طیف نوری قرار دارد.

برای مثال به دوربین محافظتی دید در شب زیر نگاه کنید. اطراف لنز تعداد زیادی LED وجود دارد که نور را به سمت اجسام منتشر میکند و بازتاب آن به سمت لنز دوربین برمیگردد و یک تصویر ایجاد میشود.

تصویر سیاه سفید است اما یک تصویر سیاه سفید برای اینکه ببینیم چه اتفاقی داخل جعبه پرنده می افتد کافی است، و هیچ مزاحمتی برای پرنده به وجود نمی آورد.

تصویر بالا یک نسخه از برد دوربین رزبری پای را نمایش میدهد که به نام Pi NoIR معروف است. این دوربینها با دوربینهای سبز معمولی یکسانند با این تفاوت که فیلتر مادون قرمز(اینفرارد)ندارند. این دوربین کوچک است و به راحتی میتوان آن را داخل جعبه متصل کرد.

تنظیمات برد دوربین

در ابتدا برد را تنظیم و تست میکنیم بدون اینکه به جعبه متصل شود، بعدا به این قسمت برمیگردیم. دستور العمل ها را از اینجا دنبال کنید تا موفق شدید، کمی صبر کنید تا تعدادی از دستور ها نمونه را استفاده کنیم.

اگر این کار را قبلا انجام نداده اید میتوانید توسط دستور زیر مشاهده دوربین را تست کنید:

raspivid -t 0

 

باید توجه داشته باشید که اجسام کمی عجیب و غریب هستند بخاطر اینکه شما ترکیبی از نور های قابل مشاهده و IR را مشاهده میکنید. به کمک یک کنترل تلویزیون روی صورت خود و زدن دکمه ها، باید تصویر خود را در تاریکی مشاهده کنید.

جهت خارج شدن از نمایش ویدیو از کلید ها ctrl+c استفاده کنید

سیم کشی LED مادون قرمز

قصد ما این است که از یک نور مادون قرمز جهت مشاهده اجسام داخل جعبه استفاده کنیم. برای اینکه Pi NoIR بتواند تصویر را نمایش دهد باید از یک ۸۹۰nm IR LED استفاده کرد که داخل کنترل تلویزیون ها نیز این نوع استفاده میشود. تنها تفاوت این است که ما میخواهیم مدام نور نگه داشته شود تا محاوره ای به صورت زنده داشته باشیم.

شما باید LED را به رزبری خاموش و غیر متصل، وصل کنید، برای امنیت اینکار میتوان از دستور زیر استفاده کرد

sudo halt

صبر میکنیم تا چراغ (ACT (activity متوقف شود سپس از منبع برق جدا میکنیم.

اگر شما یک LED را قبلا به پین های GPIO متصل کرده اید، توجه داشته باشید که اینبار کمی متفاوت است. یک LED مادون قرمز جریان بیشتری از پین های GPIO نیاز دارد. باید مستقیما با یک مقامت ۲۲۰ اهم به منبع ۵ولت رزبری متصل شود.بدون مقاومت جریان زیاد است و بعد از حدود ده ثانیه LED میسوزد 🙁

قطعا شما مقاوت مناسب را انتخاب میکنید ۲۲۰ اهم نه ۲۲۰ کیلو اهم. کد رنگی آن به ترتیب قرمز-قرمز-سیاه-سیاه-قهوه ای است. مقاومت شبیه به تصویر زیر است.

دیاگرام ذیل طرز متصل کردن را نمایش داده، باید توجه داشته باشید که LED دو پایه دارد که یکی از آن ها بلند تر است و آنود نامیده میشود. پایه کوتاه تر نیز کاتود است منبع تغذیه به آنود متصل میشود و زمین به کاتود، اگر اشتباه بسته شود هیچ اتفاقی رخ نمیدهد.

از کابل های جامپر مادگی به مادگی برای اتصالات زیر استفاده میکنیم.

• آنود(پایه بلند تر) به ۵ولت(اولین پین از ردیف بیرونی رزبری)
  کاتود(پایه کوتاه تر) به مقامت ۲۲۰ اهم
  طرف دیگر مقاوت به زمین(سومین پین از ردیف بیرونی رزبری)

با اینکار جریان از رزبری به سمت LED و از مقاوت به زمین برمیگردد.مقاومت جریان را به حدود ۲۳ میلی آمپر محدود میکند تا مانع از سوختن LED شود.

حالا نوبت روشن کردن رزبری است مانند همیشه روشن کنید و به سیستم لاگین کنید. به این صورت متوجه خواهید شد که LED کار نمیکند 🙁 ولی در حقیقت اینگونه نیست و چشم انسان نمیتواند آن را مشاهده کند 🙂 اما دوربین Pi NoIR میتواند. مشاهده دوربین را با این دستور روشن کنید.

raspivid -t 0

 

حالا LED را مقابل دوربین نگاه دارید، چیزی شبیه تصویر زیر میبینید:

برای خارج شدن از Ctrl + C استفاده کنید.

تنظیم فوکاس دوربین

جعبه پرنده ترجیحا باید کوچک باشد، به همین خاطر شما باید طول فوکاس را روی دوربین Pi NoIR را کوتاه کنید. در غیر این صورت فقط تصاویری مات از پرنده دارید.این بستگی به جعبه ای که انتخاب کرده اید دارد. در صورتی که از Gardman box(در این مقاله توصیه میشود) استفاده میکنید، قطعا باید دروبین را فوکاس کنید.

طول فوکاس دوربین فاصله ای است بین جلو لنز تا نزدیک ترین جسم که در فوکاس است. دوربین رزبری طول فوکاسی در حد ۵۰ سانتی متر و عمقی از ۵۰ سانت تا بی نهایت دارد. به این معنی است که جسمی مشاهده میشود که فاصله ای حداقل ۵۰ سانتی از لنز دوربین داشت باشد.اگر جسمی نزدیک تر باشد خارج از فوکاس و مات است. Gardman box حدواد ۱۸ سانتی متر است و اگر به سقف نیز چسبانده شود حدودا کمتر از ۱۸سانتی متر فاصله داریم،پس باید طول فوکاس را کم کنیم.

به عنوان یک تجربه سعی کنید تعدادی کلید ماشین در جعبه قرار دهید در حالی که سقف باز است پیچ را جدا کنید. دوربین را نزدیک ارتفاع سقف نگه دارید و دوربین را مشاهده کنید.
کلید ها شاید در فوکاس نباشد. از دستور زیر برای مشاهده دوربین استفاده کنید.

raspivid -t 0

 

دوربین رزبری پای یک لنز با قابلیت چرخیدن دارد که میتواند فوکاس را تنظیم کند. این به عنوان یک دوربین با فوکاس ثابت فروخته شده اما با سه تورفتگی که اطراف لنز قابل چرخش است قابل تنظیم است.

مکان ها در تصویر زیر با حروف  A,B,C  نشان داده شده است.

این امکان وجود دارد که با چرخاندن لنز فوکاس را تنظیم کنیم. اینکار توسط دست انجام میشود و ساده تر از آن است که بنظر میرسد و حدود ۵ دقیقه زمان میبرد.نیاز به یک شی نوک تیز مانند سوزن، تیغ جراحی یا دندان گیر داریم یک میکروسکوپ کم قدرت در اینکار بسیار کمک میکند. قبل اینکار باید دوربین کاملا از رزبری جدا شده باشد.

مراقب باشید دستهایتان را نبرید کودکان زیر نظر بزرگتر ها این کار را انجام دهند، مخصوصا اگر از تیغ جراحی استفاده میکنید. کانکتور نارنجی با برچسب SUNNY ممکن است هنگام خراش دادن چسب جدا شود، نگران نباشید چون دوباره بدون مشکل سر جای خود چسبانده می شود. مگر اینکه شما بیش از حد فشار وارد کنید که دروبین شکسته شود و مسئولیت آن با شماست.
وقتی چسب دور دوربین را جدا کردید ظاهر آن کمی بهم ریخته بنظر میرسد اماتا وقتی قرار است داخل یک جهبه پرنده قرار گیرد مساله مهمی نیست. به مقایسه زیر توجه کنید:

برای اولین بار خوشحال میشوید که توانستید تمام چسب ها را جدا کنید با یک موچین یا انبر جواهرات، قسمت داخل دوربین را نگاه دارید دقیقا مانند تصویر نشان داده شده در زیر،
سپس باید بتوانید آن را روشن کنید و چند لحظه با دقت خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخانید. حالا دوباره به رزبری متصل کنید و بررسی کنید که کلید ها چگونه نمایش داده میشوند.
احتمالا در این قسمت جهت اطمینان کامل از اینکه پرنده در فوکاس قرار دارد،بخواهید چیزی زیر کلید ها قرار دهید تا ارتفاع داخل لانه را شبیه سازی کنید. بخاطر داشته باشید که پرنده ها حرکت میکنند و در صورت اشتباه نمیتوانید برگردید و تنظیم اشتباه فوکاس را اصلاح کنید.

مراقب باشید بیش از حد لنز را نچرخانید در غیر این صورت کنده میشود، و برگرداندن آن به کمی مهارت نیاز دارد، اما اگر این اتفاق افتاد آن را به آرامی به طرف عقربه های ساعت بچرخانید تا سر جای خود قرار گیرد. وقتی فوکاس پیدا شد نیازی به چسباندن دوباره آن نیست، سر جایش تکان نمیخورد حتی اگر به آن ضربه وارد شود.

نصب دروبین و LED داخل جعبه پرنده

در این قسمت آنچه را که بدست آورده ایم را به وسیله نصب دوربین در جعبه نمایش میدهیم، این در آینده میتواند یک راه حل دائمی برای شما باشد چون یکسری فعالیت جالب را خودتان انجام داده اید.

دستورالعمل هایی که در ادامه آمده برای جعبه Gardman توضیح داده شده

۱٫انگشت خود را روی سقف تقریبا بالای مرکز بدنه اصلی جعبه قرار دهید.

۲٫سقف را بردارید و شست خود را دقیقا زیر انگشت خود قرار دهید، مانند تصویر در را بگیرید.

۳٫ حالا شست شما جایی است که دوربین باید باشد،با خودکار یک ضربدر در این قسمت بزنید.

۴٫یک مستطیل مقوایی تقریبا ۴ در ۲ سانتی متر ببرید و از وسط تا بزنید. از مقداری نوارچسب جهت محکم کردن آن زیر سقف چند میلیمتر زیر ضربدر استفاده کنید.اینکار جهت پوشش دادن گوشه های سقف انجام میشود، بنابراین برد دوربین دقیقا وسط جعبه متصل میشود.

۵٫ سپس برد دوبین را بردارید و فلکس را بین لولا و پشت جعبه عبور دهید. اگر بخواهید میتوانید لولا های اصلی میانی را جدا کنید اینکار باعث میشود فلکس منظم تر از جعبه بیرون بیاید.

۶٫ مقداری نوارچسب  بردارید و روی برد دوربین مانند تصویر بچسبانید، نبابد نوار روی لنز را بپوشاند.

۷٫دروبین را در جای خود محکم کنید تا اینکه لنز مرکزی مستقیما روبه روی ضربدری که قبلا زده اید قرار گیرد. دوربین باید در زاویه بنشیند.

۸٫ در را ببندید و گوشه دوربین را از کنار بررسی کنید، نیاز است تا دقیقا در مرکز قرار گرفته باشد، اگر خوب بنظر نمیرسد برگردانید و تنظیم کنید تا راضی شوید که مکان خوب است 🙂

۹٫ سپس LED مادون قرمز را از بیرون سقف محکم کنید. نزدیک دوربین متصل نکنید زیرا نور زیادی در ویدئو میبینید. LED هر جایی میتواند قرار گیرد اما بهتر است مانند تصویر، پایه های آن ۹۰ درجه خم شود و به سقف متصل گردد.

۱۰٫ حالا دوباره رزبری را متصل کنید و فوکاس را تست کنید. پیشنهاد میکنم ابتدا فلکس را از پشت جعبه بیرون آورید و به رزبری متصل کنید، سپس LED و مقاومت را متصل کنید. و در ادامه صفحه نمایش و کیبرد و در انتها منبع تغذیه وصل شود. وقتی این کار تست شد رزبری را بیرون جعبه روی سقف قرار دهید و هر چه انجام داده اید را مشاهده کنید.

۱۱٫ رزبری را بوت و مانند همیشه لاگین کنید نمایش ویدئو را با raspivid -t 0 شروع کنید. شما باید داخل جعبه را سیاه و سفید مشاهده کنید. این نشان میدهد که روشنایی LED کار میکند. شما حتی اگر سوراخ را بپوشانید باید قادر باشید داخل جعبه را ببینید. این شبیه تصویر زیر است اما کمی بیشتر زوم شده. بخاطر اینکه تصویر با دستور raspistill گرفته شده نه raspivid. اگر چیزی نمیبینید بنظر میرسد که سیم ها بدرستی متصل نشده. سیمکشی را دوباره با چک کردن آنود و کاتود بررسی کنید.

۱۲٫ حالا قرار دادن یک شی با نوشته های سیاه سفید در داخل جعبه کمک میکند که فوکاس را تایید کنید. بهترین جسم استفاده از یک ساعت مچی یا یک کارت ویزیت است. مطمئن شوید که متن در فوکاس و قابل خواندن است. اگر نیاز شد قبل ازادامه کار، دروبین را دوباره تنظیم کنید. بخاطر داشته باشید که ارتفاع لانه در فوکاس در نظر گرفته شود.

اگر خاستید نمایش تصویر متوقف شود از Ctrl + C استفاده کنید.

۱۳٫ در انتها به نور قرمز برد دوربین باید توجه کنید، به صورت پیش فرض هر موقع دوربین روشن باشد، روشن است. این باعث میشود که پرنده حرکت نکند و باید این نور را غیر فعال کرد برای اینکار باید فایل کانفیگ رزبری را مانند دستورات زیر تنظیم کنید:

sudo nano /boot/config.txt

 

و خط زیر را ادامه فایل اضافه کنید.

disable_camera_led=1

 

از Ctrl + O جهت ذخیره و از Ctrl + X جهت خارج شدن استفاده کنید. تغییرات بعد از ریبوت اعمال میشوند:

sudo reboot

 

مرحله بعد چیست!!!؟؟

اینجا تعدادی ایده برای ساختن و نصب و محافظت از عناصر آمده. اینکه شما به دنبال آنها خواهید رفت به خودتان بستگی دارد.

• اگر از جعبه Gardman استفاده میکنید به سوراخ های متصل به پشت آن اعتماد نکنید. این اتصالات تمام وزن جعبه را روی یک تکه نازک چوب نگه میدارد. بهتر است با استفاده از مته از داخل و متصل کردن أن از یک پیچ و مهره بزرگ استفاده کنید.
• توجه کنید که رزبری پای نیاز ندارد که مستقیما به جعبه متصل شود. میتوانید از یک کابل جایگزین بزرگتر استفاده کنید تا یک رنج بیشتر به شما بدهد. کانکتوری که روی رزبری است روی برد دوربین نیز وجود دارد این به شما امکان میدهد تا به راحتی آن را جایگزین کنید.
• رزبری میتواند در یک جعبه پلاستیکی قرار گیرد جهت اینکه در مقابل أب محافظت شود. بستن فلکس دوربین روی در نباید مشکلی ایجاد کند. یک قسمت در زیر برآمدگی موجود روی سقف میتواند کمک زیادی به شما بکند.اما به جعبه پرنده مستقیما باران نبارد.
• به چه صورت شما تغذیه و اینترنت را به جعبه پرنده میدهید؟ باید از یک دانگل وایرلس استفاده کنید اما یک کابل اترنت اطمینان بیشتری برای استریم کردن ویدئو به شما میدهد. مخصوصا در مکان هایی که ترافیک وایرلس زیاد است.
• جلوگیری از نفوذ آب به جعبه باید در الویتتان باشد. سقف میتواند با درزگیر های سیلیکونی که اغلب در کنار پنجره ها و سینک حمام است،مهر و موم شود.
•  سعی کنید با چهار سوراخ برد دوربین را متصل کنید شاید شما بتوانید با اره مویی منبت کاری، چوب را در زاویه مناسب نگه دارید و پیچ را از سوراخ رد کنید و توسط پیچ در مکان قرار دهید.
•  فکر میکنید چه چیز های دیگری از انفرارد و دوربین استفاده میکنند؟؟
• شمامیتوانید از این لینک چیزهای پیشرفته تری برای استریم کردن ویدئو از اینترنت برای مشاهده زندگی درون جعبه پرده تان دنبال کنید.