หอดูดาวพลังงานแสงอาทิตย์: 11 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ความเอียงของแกนโลกคืออะไร? ฉันอยู่ที่ละติจูดใด

หากคุณต้องการคำตอบอย่างรวดเร็ว ให้เปิด Google หรือแอป GPS บนสมาร์ทโฟนของคุณ แต่ถ้าคุณมี Raspberry Pi, โมดูลกล้อง และหนึ่งปีหรือมากกว่านั้นในการสังเกตการณ์ คุณสามารถกำหนดคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ได้ด้วยตัวเอง โดยการตั้งค่ากล้องที่มีตัวกรองแสงอาทิตย์ในตำแหน่งคงที่และใช้ Pi เพื่อถ่ายภาพในเวลาเดียวกันทุกวัน คุณสามารถรวบรวมข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับเส้นทางของดวงอาทิตย์ผ่านท้องฟ้าและโดยการขยายเส้นทางของโลกรอบ ๆ ดวงอาทิตย์. ในคำแนะนำนี้ ฉันจะแสดงให้คุณเห็นว่าฉันสร้างหอดูดาวพลังงานแสงอาทิตย์ของตัวเองด้วยราคาต่ำกว่า 100 ดอลลาร์ได้อย่างไร

ก่อนที่เราจะไปไกลกว่านี้ ฉันควรชี้ให้เห็นว่าฉันเหลือเวลาเพียงสองเดือนในการทดลองหนึ่งปีของฉัน ดังนั้นฉันจะไม่สามารถรวมผลลัพธ์สุดท้ายได้ อย่างไรก็ตาม ฉันสามารถแบ่งปันประสบการณ์ของฉันในการสร้างโครงการนี้ และหวังว่าจะให้แนวคิดเกี่ยวกับวิธีสร้างโครงการของคุณเอง

แม้ว่าจะไม่ยากเลย แต่โครงการนี้เปิดโอกาสให้ได้ฝึกทักษะต่างๆ ที่หลากหลาย อย่างน้อยที่สุด คุณต้องสามารถเชื่อมต่อ Raspberry Pi กับกล้องและเซอร์โวได้ และคุณจะต้องสามารถพัฒนาซอฟต์แวร์ในระดับหนึ่งเพื่อดึงข้อมูลจากรูปภาพที่คุณถ่ายได้ ฉันยังใช้เครื่องมืองานไม้ขั้นพื้นฐานและเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แต่สิ่งเหล่านี้ไม่สำคัญสำหรับโครงการนี้

ฉันจะอธิบายความพยายามในการรวบรวมข้อมูลระยะยาวที่ฉันได้ทำไป และวิธีที่ฉันจะใช้ OpenCV เพื่อเปลี่ยนรูปภาพนับร้อยให้เป็นข้อมูลตัวเลขที่สามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้สเปรดชีตหรือภาษาโปรแกรมที่คุณเลือก นอกจากนี้ เรายังจะใช้ประโยชน์จากด้านศิลปะและดูภาพที่น่าสนใจอีกด้วย

ขั้นตอนที่ 1: Tldr; คำแนะนำสั้น ๆ

คำแนะนำนี้ค่อนข้างยาวเพื่อเริ่มต้น นี่คือกระดูกเปล่า ไม่มีรายละเอียดเพิ่มเติมให้คำแนะนำ

1. รับ Raspberry Pi, กล้อง, เซอร์โว, รีเลย์, ฟิล์มสุริยะ, หูดที่ผนัง และฮาร์ดแวร์สารพัน
2. ต่อฮาร์ดแวร์ทั้งหมดนั้น
3. กำหนดค่า Pi และเขียนสคริปต์ง่ายๆ สำหรับถ่ายภาพและบันทึกผลลัพธ์
4. สร้างกล่องโปรเจ็กต์และติดตั้งฮาร์ดแวร์ทั้งหมดที่อยู่ในนั้น
5. หาที่วางโปรเจกต์เห็นแดดไม่โดนกระแทก
6. วางไว้ตรงนั้น
7. เริ่มถ่ายรูป
8. ย้ายรูปภาพไปยังคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นทุกๆ สองสามวัน เพื่อไม่ให้คุณเติม SD card ของคุณ
9. เริ่มเรียนรู้ OpenCV เพื่อให้คุณสามารถดึงข้อมูลจากภาพของคุณ
10. รออีกปี

นั่นคือโครงการโดยสังเขป อ่านต่อเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับขั้นตอนเหล่านี้

ขั้นตอนที่ 2: พื้นหลัง

มนุษย์เฝ้าดูดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาว ตราบเท่าที่เรายังอยู่ และโครงการนี้ไม่ประสบความสำเร็จในสิ่งที่บรรพบุรุษของเราไม่ได้ทำเมื่อหลายพันปีก่อน แต่แทนที่จะวางไม้เท้าบนพื้นและใช้ก้อนหินเพื่อระบุตำแหน่งของเงาในช่วงเวลาสำคัญ เราจะใช้ Raspberry Pi และกล้อง และทำทุกอย่างจากภายในบ้านของเราอย่างสะดวกสบาย โครงการของคุณจะไม่ใช่สถานที่ท่องเที่ยวในอีกพันปีข้างหน้า แต่ในด้านบวก คุณจะไม่ต้องดิ้นรนหาก้อนหินขนาดมหึมาเข้าที่

แนวคิดทั่วไปในโครงการนี้คือเล็งกล้องไปที่ตำแหน่งที่แน่นอนบนท้องฟ้าและถ่ายภาพในเวลาเดียวกันทุกวัน หากคุณมีฟิลเตอร์ที่เหมาะสมในกล้องของคุณและความเร็วชัตเตอร์ที่เหมาะสม คุณจะมีภาพดิสก์ของดวงอาทิตย์ที่คมชัดและชัดเจน เมื่อใช้รูปภาพเหล่านี้ คุณจะสามารถวางแท่งเสมือนบนพื้นและเรียนรู้สิ่งที่น่าสนใจบางอย่างได้

เพื่อให้ขนาดของคำสั่งนี้จัดการได้ ทั้งหมดที่ฉันจะอธิบายคือวิธีกำหนดความเอียงของแกนโลกและละติจูดที่ถ่ายภาพ หากส่วนความคิดเห็นแสดงความสนใจเพียงพอ ฉันสามารถพูดคุยเกี่ยวกับสิ่งอื่น ๆ ที่คุณสามารถเรียนรู้จากหอดูดาวสุริยะของคุณในบทความต่อ ๆ ไป

Axial Tiltมุมระหว่างดวงอาทิตย์ในวันที่มันอยู่ไกลที่สุดจากทิศเหนือและวันที่มันอยู่ไกลสุดทางใต้จะเท่ากับความเอียงของแกนโลก คุณอาจเคยเรียนที่โรงเรียนว่านี่คือ 23.5 องศา แต่ตอนนี้ คุณจะรู้เรื่องนี้จากการสังเกตของคุณเอง ไม่ใช่แค่จากตำราเรียน

ละติจูดเมื่อเราทราบความเอียงของแกนโลกแล้ว ให้ลบค่านั้นออกจากระดับความสูงของเส้นทางดวงอาทิตย์ในวันที่ยาวที่สุดของปีเพื่อเรียนรู้ละติจูดของตำแหน่งปัจจุบันของคุณ

รำคาญทำไม เห็นได้ชัดว่าคุณสามารถหาค่าเหล่านี้ได้อย่างแม่นยำและรวดเร็วมากขึ้น แต่ถ้าคุณเป็นคนที่อ่าน Instructables คุณจะรู้ว่ามีความพึงพอใจมากมายที่ทำด้วยตัวเอง การเรียนรู้ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับโลกรอบตัวคุณโดยใช้อะไรมากไปกว่าการสังเกตง่ายๆ ง่ายๆ และคณิตศาสตร์ที่ตรงไปตรงมาคือประเด็นทั้งหมดของโครงงานนี้

ขั้นตอนที่ 3: ส่วนประกอบที่จำเป็น

แม้ว่าคุณจะสามารถทำโปรเจ็กต์นี้ได้ทั้งหมดด้วยกล้องราคาแพงและสวยงาม แต่ฉันไม่มีหนึ่งในนั้น เป้าหมายของโครงการนี้คือการใช้สิ่งที่ฉันมีอยู่แล้วจากโครงการก่อนหน้านี้ ซึ่งรวมถึง Raspberry Pi โมดูลกล้อง และรายการอื่น ๆ ส่วนใหญ่ที่แสดงด้านล่าง แม้ว่าฉันต้องไปที่ Amazon เพื่อซื้อบางส่วน ค่าใช้จ่ายทั้งหมดหากคุณต้องซื้อทุกอย่างจะอยู่ที่ประมาณ 100 USD

• Raspberry Pi (รุ่นไหนก็ทำได้)
• โมดูลกล้อง Raspberry Pi
• สายแพยาวสำหรับกล้อง (อุปกรณ์เสริม)
• ดองเกิลไร้สาย
• เซอร์โวมาตรฐาน
• รีเลย์ 5V
• ขับเคลื่อนฮับ USB
• รางปลั๊กไฟและสายไฟต่อ
• แผ่นฟิล์มสุริยะ
• เศษไม้ พลาสติก HDPE ฯลฯ
• บอร์ดโครงการลูกฟูก

ฉันยังใช้เครื่องพิมพ์ Monoprice 3D ของฉันด้วย แต่นั่นก็สะดวกและไม่จำเป็น ความคิดสร้างสรรค์เล็กๆ น้อยๆ ในส่วนของคุณจะช่วยให้คุณคิดหาวิธีที่เหมาะสมโดยไม่ต้องทำเช่นนั้น

ขั้นตอนที่ 4: การกำหนดค่า Raspberry Pi

ติดตั้ง

ฉันจะไม่ลงรายละเอียดมากนักที่นี่และจะถือว่าคุณพอใจกับการติดตั้งระบบปฏิบัติการบน Pi และกำหนดค่า หากไม่มี มีแหล่งข้อมูลมากมายบนเว็บที่จะช่วยคุณในการเริ่มต้น

สิ่งสำคัญที่สุดที่ควรคำนึงถึงระหว่างการตั้งค่ามีดังนี้

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเชื่อมต่อ WiFi ของคุณเริ่มทำงานโดยอัตโนมัติเมื่อ Pi รีบูต
• เปิดใช้งาน ssh โปรเจ็กต์อาจถูกติดตั้งในที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ ดังนั้นคุณจะไม่ต้องเชื่อมต่อกับจอภาพและคีย์บอร์ด คุณจะต้องใช้ ssh & scp เพื่อกำหนดค่าและคัดลอกรูปภาพไปยังคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น
• อย่าลืมเปิดใช้งานการเข้าสู่ระบบอัตโนมัติผ่าน ssh เพื่อไม่ให้คุณต้องป้อนรหัสผ่านด้วยตนเองทุกครั้ง
• เปิดใช้งานโมดูลกล้องหลายคนเสียบกล้อง แต่ลืมเปิดใช้งาน
• ปิดใช้งานโหมด GUI คุณจะใช้งานแบบไม่มีหัวดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้ทรัพยากรระบบในการรันเซิร์ฟเวอร์ X
• ติดตั้งแพ็คเกจ gpio โดยใช้ apt-get หรือใกล้เคียง
• ตั้งเขตเวลาเป็น UTC คุณต้องการให้รูปภาพของคุณในเวลาเดียวกันในแต่ละวันและไม่ต้องการถูกโยนทิ้งโดยเวลาออมแสง ง่ายที่สุดเพียงแค่ใช้ UTC

ตอนนี้เป็นเวลาที่ดีที่จะทดลองกับโมดูลกล้อง ใช้โปรแกรม 'raspistill' เพื่อถ่ายภาพสองสามภาพ คุณควรทดลองกับตัวเลือกบรรทัดคำสั่งเพื่อดูว่าควบคุมความเร็วชัตเตอร์อย่างไร

อินเทอร์เฟซฮาร์ดแวร์

โมดูลกล้องมีอินเทอร์เฟซสายริบบิ้นเฉพาะของตัวเอง แต่เราใช้หมุด GPIO เพื่อควบคุมรีเลย์และเซอร์โว โปรดทราบว่ามีรูปแบบการกำหนดหมายเลขที่แตกต่างกันสองแบบในการใช้งานทั่วไป และง่ายต่อการสับสน ฉันชอบใช้ตัวเลือก '-g' กับคำสั่ง gpio เพื่อให้ฉันสามารถใช้หมายเลขพินอย่างเป็นทางการได้

พินที่คุณเลือกอาจแตกต่างกันไป หากคุณมีรุ่น Pi ที่แตกต่างจากที่ฉันใช้อยู่ ศึกษาไดอะแกรม pinout สำหรับแบบจำลองเฉพาะของคุณเพื่อใช้อ้างอิง

• Pin 23 - Digital out to Relay สัญญาณนี้จะเปิดรีเลย์ซึ่งให้พลังงานแก่เซอร์โว
• พิน 18 - PWM ไปยังเซอร์โวตำแหน่งเซอร์โวถูกควบคุมโดยสัญญาณการปรับความกว้างพัลส์
• กราวด์ - พินกราวด์ใด ๆ ก็เพียงพอแล้ว

ดูเชลล์สคริปต์ที่แนบมาเพื่อควบคุมพินเหล่านี้

หมายเหตุ: กล่องโต้ตอบการอัปโหลดบนไซต์นี้คัดค้านความพยายามของฉันในการอัปโหลดไฟล์ที่ลงท้ายด้วย '.sh' ดังนั้นฉันจึงเปลี่ยนชื่อด้วยนามสกุล '.notsh' และการอัปโหลดก็ใช้ได้ดี คุณอาจต้องการเปลี่ยนชื่อกลับเป็น '.sh' ก่อนใช้งาน

crontab

เนื่องจากฉันต้องการถ่ายภาพทุกๆ ห้านาทีในช่วงเวลาประมาณ 2.5 ชั่วโมง ฉันจึงใช้ crontab ซึ่งเป็นยูทิลิตี้ระบบสำหรับการเรียกใช้คำสั่งตามกำหนดเวลาแม้ว่าคุณจะไม่ได้ลงชื่อเข้าใช้ ไวยากรณ์สำหรับสิ่งนี้ค่อนข้างจะไม่สะดวก ดังนั้นให้ใช้ เครื่องมือค้นหาที่คุณเลือกเพื่อรับรายละเอียดเพิ่มเติม มีการแนบบรรทัดที่เกี่ยวข้องจาก crontab ของฉัน

สิ่งที่รายการเหล่านี้ทำคือ ก) ถ่ายภาพทุก ๆ ห้านาทีด้วยตัวกรองแสงอาทิตย์ และ b) รอสองสามชั่วโมงและถ่ายภาพสองสามภาพโดยไม่มีตัวกรอง

ขั้นตอนที่ 5: กล่องโครงการ

ฉันจะอ่านคำแนะนำในส่วนนี้และปล่อยให้จินตนาการของคุณเอง เหตุผลก็คือการติดตั้งทุกครั้งจะแตกต่างกันและจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่คุณติดตั้งโครงการและประเภทของวัสดุที่คุณใช้งาน

สิ่งสำคัญที่สุดของกล่องโปรเจ็กต์คือต้องวางไว้ในลักษณะที่จะไม่เคลื่อนที่ไปมาอย่างง่ายดาย กล้องไม่ควรขยับเมื่อคุณเริ่มถ่ายภาพ มิฉะนั้น คุณจะต้องเขียนซอฟต์แวร์เพื่อทำการลงทะเบียนรูปภาพและจัดเรียงรูปภาพทั้งหมดแบบดิจิทัล ดีกว่าที่จะมีแพลตฟอร์มคงที่เพื่อที่คุณจะได้ไม่ต้องจัดการกับปัญหานั้น

สำหรับกล่องโปรเจ็กต์ของฉัน ฉันใช้ MDF 1/2", ไม้อัดหนา 1/4" ชิ้นเล็ก, กรอบพิมพ์ 3 มิติเพื่อถือกล้องในมุมที่ต้องการและบอร์ดโปรเจ็กต์ลูกฟูกสีขาวบางส่วน ชิ้นสุดท้ายนั้นวางอยู่ด้านหน้าของกรอบที่พิมพ์ 3 มิติเพื่อป้องกันไม่ให้ถูกแสงแดดโดยตรงและหลีกเลี่ยงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากการบิดเบี้ยว

ฉันเปิดกล่องด้านหลังและด้านบนของกล่องไว้ในกรณีที่จำเป็นต้องไปที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่นั่นยังไม่เกิดขึ้น มันใช้งานได้เจ็ดสัปดาห์แล้วโดยไม่จำเป็นต้องแก้ไขหรือปรับแต่งในส่วนของฉัน

ตัวกรองที่เคลื่อนย้ายได้

ส่วนเดียวของกล่องโปรเจ็กต์ที่สมควรได้รับคำอธิบายคือเซอร์โวที่มีแขนที่เคลื่อนที่ได้

โมดูลกล้อง Raspberry Pi มาตรฐานทำงานได้ไม่ดีนักหากคุณเพียงแค่ชี้ไปที่ดวงอาทิตย์และถ่ายภาพ เชื่อฉันในสิ่งนี้… ฉันพยายามแล้ว

เพื่อให้ได้ภาพที่ใช้งานได้ของดวงอาทิตย์ คุณต้องวางแผ่นกรองแสงอาทิตย์ไว้ด้านหน้าเลนส์ อาจมีตัวกรองสำเร็จรูปราคาแพงที่คุณสามารถซื้อได้ แต่ฉันทำด้วยตัวเองโดยใช้ฟิล์มสุริยะชิ้นเล็ก ๆ และ HDPE ขนาด 1/4 นิ้วที่มีรูเป็นวงกลม ฟิล์มสุริยะสามารถซื้อได้จาก อเมซอนราคาประมาณ 12 ดอลลาร์ เมื่อมองย้อนกลับไป ฉันสามารถสั่งซื้อชิ้นที่เล็กกว่ามากและประหยัดเงินได้เล็กน้อย หากคุณมีแว่นตาสุริยุปราคาเก่าๆ วางอยู่รอบๆ ที่ไม่ได้ใช้ คุณอาจจะสามารถตัดเลนส์ตัวใดตัวหนึ่งและสร้างฟิลเตอร์ที่เหมาะสมได้

การย้ายตัวกรอง

แม้ว่ารูปภาพส่วนใหญ่ที่คุณถ่ายจะใช้ฟิลเตอร์อยู่แล้ว แต่คุณก็ยังต้องการได้ภาพในช่วงเวลาอื่นๆ ของวันที่ดวงอาทิตย์อยู่นอกกรอบ นี่คือสิ่งที่คุณจะใช้เป็นภาพพื้นหลังสำหรับซ้อนภาพดวงอาทิตย์ที่กรองแล้ว คุณสามารถสร้างมันขึ้นมาเพื่อให้คุณย้ายตัวกรองด้วยตนเองและถ่ายภาพพื้นหลังเหล่านี้ได้ แต่ฉันมีเซอร์โวพิเศษวางอยู่รอบๆ และต้องการทำให้ขั้นตอนนั้นเป็นแบบอัตโนมัติ

รีเลย์มีไว้เพื่ออะไร?

ระหว่างวิธีที่ Pi สร้างสัญญาณ PWM และเซอร์โวระดับล่างที่ฉันใช้ มีหลายครั้งที่ฉันจะเปิดเครื่องทุกอย่างและเซอร์โวก็จะนั่งอยู่ที่นั่นและ "พูดพล่อยๆ" กล่าวคือ มันจะเคลื่อนที่ไปมาในขั้นเล็กๆ น้อยๆ ขณะที่พยายามค้นหาตำแหน่งที่แน่นอนที่ Pi เป็นผู้บังคับบัญชา ทำให้เซอร์โวร้อนจัดและมีเสียงดังรบกวน ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจใช้รีเลย์เพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซอร์โวเพียงสองครั้งต่อวันที่ฉันต้องการถ่ายภาพที่ไม่ผ่านการกรอง สิ่งนี้ต้องใช้พินเอาต์พุตดิจิตอลอื่นบน Pi เพื่อส่งสัญญาณควบคุมไปยังรีเลย์

ขั้นตอนที่ 6: ให้พลังงาน

มีสี่รายการที่ต้องการพลังงานในโครงการนี้:

1. ราสเบอร์รี่ปี่
2. ดองเกิล Wi-Fi (หากคุณใช้ Pi รุ่นใหม่กว่าที่มี Wi-Fi ในตัว สิ่งนี้ไม่จำเป็น)
3. 5V รีเลย์
4. เซอร์โว

สำคัญ: อย่าพยายามจ่ายไฟให้เซอร์โวโดยตรงจากพิน 5V บน Raspberry Pi เซอร์โวดึงกระแสมากกว่าที่ Pi สามารถจ่ายได้และคุณจะทำอันตรายต่อบอร์ดที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ให้ใช้แหล่งพลังงานแยกต่างหากเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเซอร์โวและรีเลย์แทน

สิ่งที่ฉันทำคือใช้หูดที่ผนัง 5V หนึ่งตัวเพื่อจ่ายไฟให้กับ Pi และอีกอันหนึ่งเพื่อจ่ายพลังงานให้กับฮับ USB เก่า ฮับใช้สำหรับเสียบดองเกิล Wi-Fi และจ่ายไฟให้กับรีเลย์และเซอร์โว เซอร์โวและรีเลย์ไม่มีแจ็ค USB ดังนั้นฉันจึงเอาสาย USB อันเก่าและตัดขั้วต่อออกจากปลายอุปกรณ์ จากนั้นฉันก็ถอด 5V และสายกราวด์และเชื่อมต่อกับรีเลย์และเซอร์โว สิ่งนี้ให้แหล่งพลังงานแก่อุปกรณ์เหล่านั้นโดยไม่เสี่ยงต่อความเสียหายต่อ Pi

หมายเหตุ: Pi และส่วนประกอบภายนอกไม่เป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากคุณมีสัญญาณควบคุมที่มาจาก Pi ไปยังรีเลย์และเซอร์โว คุณจึงต้องมีสายกราวด์ย้อนกลับจากรายการเหล่านั้นไปยัง Pi นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมต่อ USB ระหว่างฮับและ Pi เพื่อให้ Wi-Fi สามารถทำงานได้ วิศวกรไฟฟ้าอาจสั่นคลอนกับศักยภาพของวงจรกราวด์และการก่อความเสียหายทางไฟฟ้าอื่นๆ แต่ทุกอย่างก็ใช้ได้ผล ดังนั้นผมจึงไม่ต้องกังวลกับการขาดความเป็นเลิศทางวิศวกรรม:)

ขั้นตอนที่ 7: นำทุกอย่างมารวมกัน

เมื่อคุณติดชิ้นส่วนทั้งหมดแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการติดตั้งเซอร์โว แขนชัตเตอร์ และกล้องบนแผ่นยึด

ในภาพหนึ่งด้านบน คุณสามารถเห็นแขนชัตเตอร์อยู่ในตำแหน่ง (ลบฟิล์มสุริยะซึ่งฉันยังไม่ได้ติดเทปไว้) แขนชัตเตอร์ทำจาก HDPE 1/4 และติดโดยใช้หนึ่งในฮับมาตรฐานที่มาพร้อมกับเซอร์โว

ในอีกภาพหนึ่ง คุณสามารถเห็นด้านหลังของแผ่นยึดและวิธีติดเซอร์โวและกล้อง หลังจากถ่ายภาพนี้แล้ว ฉันได้ออกแบบชิ้นส่วนสีขาวที่คุณเห็นใหม่เพื่อให้เลนส์กล้องอยู่ใกล้กับแขนชัตเตอร์มากขึ้น จากนั้นจึงพิมพ์ซ้ำเป็นสีเขียว นั่นเป็นสาเหตุที่ภาพอื่นไม่มีส่วนสีขาว

คำเตือน

โมดูลกล้องมีสายแพเล็ก ๆ บนบอร์ดที่เชื่อมต่อกล้องจริงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เหลือ ขั้วต่อเล็กๆ นี้มีแนวโน้มที่น่ารำคาญที่จะดึงออกจากซ็อกเก็ตบ่อยๆ เมื่อมันโผล่ออกมา raspistill รายงานว่าไม่ได้เชื่อมต่อกล้อง ฉันใช้เวลามากมายในการติดตั้งปลายสายแพที่ใหญ่ขึ้นทั้งสองข้างอย่างไร้ผลก่อนที่จะรู้ว่าปัญหาที่แท้จริงอยู่ตรงไหน

หลังจากที่ฉันตระหนักว่าปัญหาคือสายเล็กๆ บนกระดาน ฉันจึงลองกดด้วยเทป Kapton แต่ก็ไม่ได้ผล และในที่สุดฉันก็หันไปใช้กาวร้อนเพียงเล็กน้อย จนถึงตอนนี้ กาวได้ยึดเข้าที่แล้ว

ขั้นตอนที่ 8: การเลือกไซต์

กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ของโลกตั้งอยู่บนยอดเขาในเปรู ฮาวาย หรือสถานที่อื่นๆ ที่ค่อนข้างห่างไกล สำหรับโครงการนี้ รายชื่อไซต์ผู้สมัครทั้งหมดของฉันรวมถึง:

• บ้านฉัน ติดขอบหน้าต่างหันทิศตะวันออก
• ที่บ้านฉันติดขอบหน้าต่างด้านทิศตะวันตก
• ติดขอบหน้าต่างทางทิศใต้ในบ้านของฉัน

สิ่งที่ขาดหายไปจากรายการนี้คือเปรูและฮาวาย จากตัวเลือกเหล่านี้ ฉันควรทำอย่างไร

หน้าต่างที่หันไปทางทิศใต้นั้นมีพื้นที่เปิดกว้างและไม่มีสิ่งปลูกสร้างใดๆ ให้มองเห็น แต่เนื่องจากปัญหาสภาพอากาศ จึงทำให้มองเห็นไม่ชัดเจน หน้าต่างที่หันไปทางทิศตะวันตกมีทิวทัศน์อันสวยงามของ Pikes Peak และน่าจะสร้างมาเพื่อวิวสวยๆ แต่มันตั้งอยู่ในห้องสำหรับครอบครัว และภรรยาของฉันอาจไม่ชอบให้โครงการวิทยาศาสตร์ของฉันแสดงอย่างเด่นชัดตลอดทั้งปี นั่นทำให้ฉันมีมุมมองที่หันไปทางทิศตะวันออกซึ่งมองออกไปเห็นเสาเสาอากาศขนาดใหญ่และด้านหลังของ Safeway ในพื้นที่ ไม่สวยมาก แต่นั่นเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด

จริงๆ แล้ว สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการหาสถานที่ที่โครงการจะไม่ถูกกระแทก เคลื่อนย้าย หรือถูกรบกวน ตราบใดที่คุณสามารถให้ดวงอาทิตย์อยู่ในกรอบเป็นเวลาสองชั่วโมงในแต่ละวัน ทิศทางใดก็ได้ก็จะได้ผล

ขั้นตอนที่ 9: ถ่ายภาพ

ท้องฟ้ามีเมฆ

ฉันอาศัยอยู่ที่ไหนสักแห่งที่ได้รับแสงแดดมากทุกปี ซึ่งเป็นสิ่งที่ดีเพราะเมฆสร้างความเสียหายให้กับรูปภาพจริงๆ ถ้าเมฆครึ้มเล็กน้อย ดวงอาทิตย์จะออกมาเป็นจานสีเขียวซีด แทนที่จะเป็นดิสก์สีส้มที่กำหนดไว้อย่างดีที่ฉันได้รับในวันที่ไม่มีเมฆ หากมีเมฆมาก จะไม่มีอะไรปรากฏบนภาพ

ฉันได้เริ่มเขียนซอฟต์แวร์ประมวลผลรูปภาพเพื่อช่วยบรรเทาปัญหาเหล่านี้แล้ว แต่โค้ดนั้นยังไม่พร้อม ก่อนหน้านั้น ฉันแค่ต้องจัดการกับสภาพอากาศที่แปรปรวน

สำรองข้อมูลของคุณ

ด้วยกล้องที่ฉันใช้และจำนวนภาพที่ถ่าย ฉันสามารถสร้างภาพได้ประมาณ 70MB ในแต่ละวัน แม้ว่าการ์ด micro-SD บน Pi จะใหญ่พอที่จะเก็บข้อมูลได้หนึ่งปี ฉันก็ไม่อยากเชื่อเลย ทุกๆสองสามวัน ฉันใช้ scp เพื่อคัดลอกข้อมูลล่าสุดไปยังเดสก์ท็อปของฉัน ที่นั่น ฉันดูภาพต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าถูกต้องและไม่มีอะไรผิดปกติเกิดขึ้น จากนั้นฉันก็คัดลอกไฟล์เหล่านั้นทั้งหมดไปยัง NAS ของฉัน เพื่อให้ฉันมีสำเนาข้อมูลอิสระสองชุด หลังจากนั้นฉันกลับไปที่ Pi และลบไฟล์ต้นฉบับ

ขั้นตอนที่ 10: Analemma (หรือ… ร่างใหญ่ทางดาราศาสตร์แปด)

นอกจากการกำหนดความเอียงในแนวแกนและละติจูดแล้ว การถ่ายภาพในเวลาเดียวกันทุกวันยังช่วยให้เรามองเห็นเส้นทางของดวงอาทิตย์ได้อย่างยอดเยี่ยมตลอดระยะเวลาหนึ่งปีอีกด้วย

หากคุณเคยดูหนังเรื่อง Cast Away with Tom Hanks คุณอาจจำฉากในถ้ำที่เขาทำเครื่องหมายเส้นทางของดวงอาทิตย์เมื่อเวลาผ่านไปและได้ตัวเลขแปด เมื่อฉันเห็นฉากนั้นครั้งแรก ฉันต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์นั้น และเพียงสิบเจ็ดปีต่อมา ฉันก็พร้อมที่จะทำอย่างนั้น!

รูปร่างนี้เรียกว่า analemma และเป็นผลมาจากการเอียงของแกนโลกและความจริงที่ว่าวงโคจรของโลกเป็นวงรีและไม่ใช่วงกลมที่สมบูรณ์ การจับภาพหนึ่งภาพบนแผ่นฟิล์มนั้นง่ายพอๆ กับการตั้งค่ากล้องและถ่ายภาพในเวลาเดียวกันทุกวัน แม้ว่าจะมีรูปภาพอนาเล็มมาที่ดีมากบนเว็บ สิ่งหนึ่งที่เราจะทำในโครงการนี้คือการสร้างภาพของเราเอง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ analemma และวิธีที่เราสามารถเป็นจุดศูนย์กลางของ almanac ที่มีประโยชน์มาก ให้ดูบทความนี้

ก่อนการถ่ายภาพดิจิตอลจะมาถึง การถ่ายภาพอนาเล็มต้องใช้ทักษะการถ่ายภาพอย่างแท้จริง เนื่องจากคุณจะต้องถ่ายภาพซ้อนอย่างระมัดระวังบนแผ่นฟิล์มชิ้นเดียวกัน เห็นได้ชัดว่ากล้อง Raspberry Pi ไม่มีฟิล์ม ดังนั้นแทนที่จะใช้ทักษะและความอดทน เราจะรวมภาพดิจิทัลหลายภาพเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้เอฟเฟกต์เดียวกัน

ขั้นตอนที่ 11: อะไรต่อไป?

เมื่อหุ่นยนต์กล้องตัวเล็กเข้าที่แล้วและถ่ายภาพอย่างซื่อสัตย์ทุกวัน แล้วอะไรต่อจากนี้ ปรากฏว่ายังมีอีกหลายสิ่งที่ต้องทำ โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับการเขียน python และการใช้ OpenCV ฉันชอบ python และต้องการหาข้ออ้างในการเรียนรู้ OpenCV ดังนั้นมันจึงเป็น win-win สำหรับฉัน!

1. ตรวจจับวันที่มีเมฆมากโดยอัตโนมัติหากมีเมฆมาก ฟิล์มสุริยะและความเร็วชัตเตอร์สั้นจะทำให้ภาพไม่ชัด ฉันต้องการตรวจจับสภาพนั้นโดยอัตโนมัติ จากนั้นจึงเพิ่มความเร็วชัตเตอร์หรือเลื่อนตัวกรองแสงอาทิตย์ออกไปให้พ้นทาง
2. ใช้การประมวลผลภาพเพื่อค้นหาดวงอาทิตย์แม้ในภาพที่มีเมฆมาก ฉันสงสัยว่าจะสามารถหาจุดศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ได้แม้ว่าเมฆจะขวางทาง
3. วางแผ่นโซลาร์เซลล์บนภาพพื้นหลังที่ชัดเจนเพื่อสร้างเส้นทางของดวงอาทิตย์ในระหว่างวัน
4. สร้างเทคนิคพื้นฐานเหมือนขั้นตอนสุดท้ายแต่ใช้ภาพที่ถ่ายในเวลาเดียวกันในแต่ละวัน
5. วัดความละเอียดเชิงมุมของกล้อง (องศา/พิกเซล) ฉันต้องการสิ่งนี้สำหรับการคำนวณในภายหลัง

มีมากกว่านี้แต่จะทำให้ยุ่งๆ หน่อยนะครับ

ขอบคุณที่อยู่กับฉันจนจบ ฉันหวังว่าคุณจะชอบคำอธิบายโครงการนี้และเป็นแรงบันดาลใจให้คุณจัดการกับโครงการต่อไปของคุณเอง!