Voll ausgestattete Outdoor-Überwachungskamera basierend auf Raspberry Pi - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Wenn Sie enttäuschende Erfahrungen mit billigen Webcams, deren schlecht geschriebener Software und/oder unzureichender Hardware gemacht haben, können Sie mit einem Raspberry Pi und einigen anderen leicht zu findenden elektronischen Komponenten leicht eine semiprofessionelle Webcam bauen, auf der PiWebcam läuft, ein kostenloses Dummy -sichere Software, die Ihr Gerät mit nur einem Klick in eine leistungsstarke und voll ausgestattete Webcam verwandelt.

Schritt 1: Inspiration

Nachdem ich gegen die eingeschränkte Software der meisten billigen Überwachungskameras auf dem Markt gekämpft hatte (zB schlechte Nachtsicht, obskure App für die Konfiguration, keine Offline-Aufzeichnung, ungenaue Bewegungserkennung usw.), beschloss ich, etwas selbst und Raspberry Pi zu bauen sah für mich die am besten geeignete Plattform aus.

Auch wenn es schon eine ganze Reihe von Projekten für den Einsatz eines Raspberry Pi als Webcam gibt, finde ich sie persönlich zu komplex und im Allgemeinen eher Ad-hoc-Lösungen für fortgeschrittene Anwender als endliche Produkte.

Trotzdem konzentrieren sich die meisten nur auf die Software und nicht auf die Hardware, was für den Anwendungsfall Überwachungskameras gleichermaßen wichtig ist.

Schritt 2: Hardware

Für den Bau einer Indoor-Webcam würden ein einfacher Raspberry Pi (beliebiges Modell) und eine angeschlossene Kamera (beliebiges Modell) mit IR-LEDs für Nachtsicht gut funktionieren. Mit dieser Kombination sind bereits viele Kits erhältlich. Wenn Sie dies erreichen möchten, kaufen Sie eines davon und fahren Sie mit Schritt 12 fort.

Die gleiche Hardware würde jedoch nicht für eine Außenkamera passen: Das Bild, das mit der IR-fähigen Raspberry-Kamera außerhalb Ihres Hauses aufgenommen wurde, würde meistens klein aussehen (aufgrund des von der Kamera erfassten Infrarotlichts) und mit dem kleinen Out-of-the -box IR-LEDs Sie könnten nichts über 3 Fuß / 1 Meter sehen.

Um das erste Problem zu lösen, benötigen wir einen sogenannten mechanischen IR-CUT-Filter, der Ihnen im Grunde genommen die wahren Farben bei Tageslicht zurückgibt, aber trotzdem die IR-Lichter während der Nacht einfängt. Die meisten Geräte auf dem Markt haben zwei Drähte: Ein kurzer Impuls an einem Draht bewegt den IR-Filter vor den Sensor (Tagmodus), ein kurzer Impuls am anderen Draht entfernt den Filter (Nachtmodus). Sie arbeiten normalerweise zwischen 3 V und 9 V und wenn sie an unseren Raspberry angeschlossen sind, können wir die volle Kontrolle darüber haben, wann der Nachtmodus umgeschaltet wird. Der IR-Cut-Filter kann jedoch nicht direkt von einem Pin des Raspberry gesteuert werden, da der mechanische Teil im Inneren viel mehr Strom benötigt, als der Pi liefern kann. Wir werden es umgehen, indem wir eine H-Brücke verwenden, die von den 5 V des Raspberry gespeist und von zwei Pins gesteuert wird.

Um das zweite Problem anzugehen, bräuchten wir eine leistungsstärkere IR-LED-Platine, um eine anständige Nachtsicht zu erreichen. Boards mit weniger, aber größeren LEDs werden solchen mit vielen kleinen LEDs vorgezogen. Die meisten Boards auf dem Markt haben auch einen LDR (Light Dependent Resistor) angebracht, der verwendet wird, um zu bestimmen, wann die LEDs bei Dunkelheit eingeschaltet werden sollen. Sie arbeiten normalerweise mit 12 V und haben einen kleinen Stecker (mit der Bezeichnung "IRC"), der zum Anschließen eines IR-Sperrfilters verwendet werden kann. Es wird jedoch kein Impuls direkt über diesen Stecker gesendet, sondern während der Nacht (LEDs an) wird ein (normalerweise) 5 V Spannungsabfall zwischen den beiden Drähten und Masse erzeugt. Wenn wir einen der Drähte an unseren Raspberry anschließen und das Signal des Pins überwachen, können wir feststellen, ob wir den Nachtmodus betreten oder verlassen (genau das macht PiWebcam).

Eine letzte Sache, die Sie in Bezug auf die Hardware berücksichtigen sollten, ist die Stromversorgung des Raspberry Pi. Da wir ein 12V-Netzteil haben und wir 5V benötigen, um den Pi zu speisen, wird ein Spannungsregler benötigt.

Schritt 3: Software

Die Idee hinter PiWebcam war es, eine leistungsstarke Imaging-Plattform für alle bereitzustellen, unabhängig von ihren Vorkenntnissen. Ein Installationsskript kümmert sich um die vollständige Konfiguration des Systems mit vernünftigen Standardeinstellungen, sodass der Benutzer über eine saubere und mobilfreundliche Weboberfläche nur eine sehr begrenzte Anzahl relevanter Parameter anpassen kann. Trotzdem kann PiWebcam dank seiner leistungsstarken Bewegungserkennungsfunktion, die durch Objekterkennungsfunktionen auf Basis eines Modells mit künstlicher Intelligenz ergänzt wird, den Benutzer über jede erkannte Bewegung benachrichtigen, indem es einen Schnappschuss an einen E-Mail-Empfänger sendet oder ihn auf dem bevorzugten Slack-Kanal des Benutzers veröffentlicht.

• Projektseite:
• Benutzerhandbuch:

Schritt 4: Stückliste

Die folgende Stückliste gilt für die in diesem Tutorial erstellte Outdoor-Webcam:

• Raspberry Pi Zero W
• Raspberry Pi Kamera (jedes Modell, dieses enthält einen IR-Sperrfilter)
• Raspberry Pi Zero Kamerakabel
• Wasserdichtes Kameragehäuse (jedes Modell, in das die Himbeere passen würde)
• SD-Karte (16 GB empfohlen)
• IR-LED-Platine (jede Platine, die in das Kameragehäuse passt)
• IR-Cut-Filter (nur wenn nicht bereits in der Kamera eingebettet)
• 12V - 5V-Regler (stellen Sie sicher, dass es sich um einen Buck-Regler handelt, der mindestens 1A liefern kann)
• Micro-USB-Stecker
• 12v weiblicher Stecker
• 12V 3A Netzteil
• H-Brücke
• Weiblich-weiblich Dupont Cales

Schritt 5: Vorbereiten der Komponenten

Der Abwärtswandler (Spannungsregler) ist dafür verantwortlich, das 12-V-Netzteil auf die 5 V umzuwandeln, die der Raspberry Pi benötigt. Die meisten Komponenten auf dem Markt sind einstellbar (z. B. können Sie die Ausgangsspannung durch Drehen einer Schraube ändern). Da die Schraube im Inneren der Webcam versehentlich verschoben werden kann, stecken Sie etwas Zinn in den 5V-Steckplatz, um die beiden Kanten zusammenzulöten, und schneiden Sie den Draht auf der Platine (mit einem Messer) ab, der in "ADJ" geht, um einen festen und konstanten 5V-Ausgang zu gewährleisten. (oben links im Bild)

Da wir die volle Kontrolle über den IR-Cut-Filter durch den Raspberry haben wollen (ob der Filter wie im Bild in die Kamera eingebettet ist oder nicht), müssen wir den kleinen Stecker loswerden. Schneiden Sie die beiden Drähte ab und schließen Sie für jeden Draht ein weibliches Dupont-Kabel an. Werfen Sie den kleinen Stecker nicht weg, da wir ihn verwenden müssen, um den Status des auf der IR-LED-Platine montierten LDR zu erhalten. Verbinden Sie ein weiteres weibliches Dupont-Kabel mit einem der beiden Drähte (egal welche).

Schritt 6: Verbinden Sie die IR-LED-Platine mit dem Netzteil

Beginnen wir damit, den 12-V-Stromversorgungseingang, der in unser nacktes Kameragehäuse eintritt, mit den Komponenten zu verbinden.

Schließen Sie Folgendes an den negativen (schwarzen) Draht an:

• Negativer Draht der IR-LED-Platine
• Negativer Draht des Abwärtswandlers
• Negativer Draht zum USB-Stecker

Verbinden Sie folgendes mit dem positiven (roten) Kabel:

• Der positive (12v) Draht der IR-LED-Platine
• Der Vin-Draht des Abwärtswandlers

Schritt 7: Stromversorgung des Raspberry Pi

Verbinden Sie das Vout-Kabel des Abwärtswandlers mit dem USB-Stecker, der den Raspberry mit Strom versorgt.

Nachdem Sie alle Drähte angeschlossen haben, löten Sie sie zusammen oder befestigen Sie sie einfach mit etwas Isolierband.

Schritt 8: Schließen Sie den IR-Sperrfilter an

Da der IR-Cut-Filter nicht direkt von einem Pin des Raspberry gesteuert werden kann, verwenden wir eine H-Brücke, die vom 5V-Pin des Raspberry gespeist und von zwei Pins gesteuert wird.

• Verbinden Sie Pin 4 (5v) der Himbeere mit "+" der H-Brücke
• Verbinden Sie Pin 5 (GND) der Himbeere mit "-" der H-Brücke
• Verbinden Sie Pin 39 (BCM 20) der Himbeere mit INT1 der H-Brücke
• Verbinden Sie Pin 36 (BCM 16) der Himbeere mit INT2 der H-Brücke
• Verbinden Sie die beiden Drähte des IR-Sperrfilters mit MOTOR1 und MOTOR2 oder der H-Brücke

Auf diese Weise wird, wenn ein Impuls durch z. B. Pin 39, 5V werden an MOTOR1 geliefert, wodurch der Filter umgeschaltet wird.

Schritt 9: Verbinden Sie die IR-LED-Platine mit der Himbeere

Um zu wissen, wann es dunkel wird, nutzen wir den LDR, der auf der IR-LED-Platine montiert ist. Verwenden Sie den kleinen Stecker, der in den vorherigen Schritten aus dem IR-Filter ausgeschnitten wurde, verbinden Sie eine Seite mit dem Anschluss mit der Bezeichnung "IRC" der IR-LEDs-Platine und die andere mit Pin 40 (BCM 21) des Raspberry.

Schritt 10: Montieren Sie die Kamera auf der IR-LED-Platine

Befestigen Sie die Kamera auf dem dafür vorgesehenen Steckplatz der IR-LEDs-Platine mit einem Isolierband oder anderen Mitteln. Dinge, die Sie in dieser Phase berücksichtigen sollten:

• Die IR-LEDs-Platine wird im eingeschalteten Zustand sehr heiß, also schützen Sie die Kamera entsprechend.
• Stellen Sie sicher, dass kein IR-Licht in den Steckplatz eindringen kann, in dem sich die Kamera befindet. IR-Lichtreflexion ist einer der häufigsten Gründe für schlechte Nachtsicht (unscharf);
• Stellen Sie sicher, dass zwischen dem Objektiv und dem Glas des Kameragehäuses etwas Platz bleibt, da sonst Reflexionen oder Bildverzerrungen auftreten können;

Schließen Sie das Kameragehäuse noch NICHT:-)

Schritt 11: Option 1 – Flashen eines vorkonfigurierten PiWebcam-Bildes (empfohlen)

• Laden Sie das neueste PiWebcam-Image (PiWebcam_vX. X.img.zip) von https://github.com/piwebcam/PiWebcam/releases herunter
• Entpacken Sie die DateiSchreiben Sie das Image auf eine SD-Karte (https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/)
• Stecken Sie die SD-Karte in Ihren Raspberry Pi und schalten Sie ihn ein
• Das Gerät wird als Access Point fungieren
• Fahren Sie mit den Aufgaben nach der Installation fort

Schritt 12: Option 2 - Erstellen Sie ein PiWebcam-Image

Das Erstellen eines PiWebcam-Image erfordert eine Neuinstallation von Raspbian und eine SD-Karte. Bitte verwenden Sie keine bestehende Installation wieder, sondern beginnen Sie von vorne:

• Laden Sie das Betriebssystem Raspbian Stretch Lite herunter
• Schreiben Sie das Image auf eine SD-Karte (zum Beispiel mit Win32 Disk Imager)

Schritt 13: Option 2 - PiWebcam auf die SD-Karte kopieren

Laden Sie die neueste Version von PiWebcam (PiWebcam_vX. X.zip) herunter, entpacken Sie das Verzeichnis "PiWebcam" und kopieren Sie es in die Bootpartition.

Für ein Headless-Setup legen Sie in der Bootpartition auch eine leere Datei namens "ssh" und eine "wpa_supplicant.conf" mit Ihrer Netzwerkkonfiguration ab. Auf diese Weise verbindet sich der Raspberry beim Start mit Ihrem WiFi-Netzwerk und Sie benötigen das HDMI-Kabel überhaupt nicht, können sich aber direkt über SSH damit verbinden.

Schritt 14: Option 2 - Schalten Sie den Raspberry ein und verbinden Sie ihn damit

Stecken Sie die SD-Karte in Ihren Raspberry Pi, schalten Sie ihn ein und verbinden Sie sich mit einem SSH-Client (oder PuTTY unter Windows) damit:

• Hostname: raspberrypi.local
• Benutzername: pi
• Passwort: Himbeere

Schritt 15: Option 2 - Konfigurieren Sie das System für PiWebcam

Nachdem Sie sichergestellt haben, dass der Raspberry mit dem Internet verbunden ist, führen Sie den folgenden Befehl aus:

sudo /boot/PiWebcam/PiWebcam.sh installieren

Dadurch wird das System vollständig konfiguriert und die erforderlichen Abhängigkeiten installiert.

Am Ende der Installation werden Sie aufgefordert, das Gerät neu zu starten, damit die Änderungen vollständig wirksam werden. Alle Anmeldeinformationen werden auf dem Bildschirm zusammengefasst.

Bitte beachten Sie, dass die letzten 6 Zeichen zufällig sind (z. B. PiWebcam-e533fe) und von Gerät zu Gerät unterschiedlich sind.

Schritt 16: Aufgaben nach der Installation - Verbinden Sie sich mit dem WiFi Access Point der PiWebcam

Nach dem Einschalten fungiert das Gerät als Access Point.

Verbinden Sie sich mit dem vom Gerät erstellten WLAN-Netzwerk. Die Passphrase des Netzwerks sowie das Passwort des Admin-Benutzers (sowohl für das Webinterface als auch für SSH) ist identisch mit der SSID (z. B. PiWebcam-XXXXX). Zeigen Sie Ihren Browser auf https://PiWebcam.local und authentifizieren Sie sich mit dem Benutzernamen "admin" und mit dem Passwort, das dem Namen des Netzwerks entspricht.

Schritt 17: Verbinden Sie die Webcam mit Ihrem WLAN-Netzwerk

Wenn Sie die Webcam mit einem bestehenden WiFi-Netzwerk verbinden möchten, gehen Sie zu Gerät / Netzwerk, wählen Sie "WiFi-Client" und geben Sie Ihr "WiFi-Netzwerk" und "Passphrase" ein.

Warten Sie 1-2 Minuten, verbinden Sie sich wieder mit Ihrem Netzwerk und richten Sie Ihren Browser auf https://camera_name.your_network (z. B.

Schritt 18: Schließen Sie das Webcam-Gehäuse

Nachdem getestet wurde, dass die Webcam über das Netzwerk erreichbar ist und die im vorherigen Schritt vorgestellte Grundkonfiguration durchgeführt wurde, ist es nun an der Zeit, den Fall zu schließen.

Schritt 19: Erste Schritte mit PiWebcam

PiWebcam kommt bereits mit vernünftigen Standardeinstellungen. Nach der Installation ist keine zusätzliche Konfiguration erforderlich; PiWebcam beginnt mit der Aufnahme von Schnappschüssen und Videos, unabhängig davon, ob eine Verbindung zum Netzwerk besteht oder nicht.

Die gesamte Gerätekonfiguration (Kamera-, Netzwerk-, Benachrichtigungs- und Systemeinstellungen) kann über das Webinterface durchgeführt werden. Die Konfigurationsdatei kann einfach unter Gerät / System exportiert und importiert werden.

Wenn eine Bewegung erkannt wird, beginnt PiWebcam mit der Aufnahme eines Videos (das dann über das Menü "Wiedergabe" der Weboberfläche zur Verfügung gestellt wird). Sobald keine Bewegung mehr vorhanden ist, wird ein Bild, das die erkannte Bewegung mit einem roten Kästchen markiert, ebenfalls gespeichert. Wenn die Objekterkennungsfunktion aktiviert ist, wird jede Bewegung, die das konfigurierte Objekt nicht enthält, ignoriert, um Fehlalarme zu vermeiden (z. B. wenn eine Bewegung erkannt wird, aber keine Person identifiziert wird).

Wenn Benachrichtigungen aktiviert sind, wird der Snapshot an die E-Mail-Adresse des Benutzers gesendet und/oder im konfigurierten Slack-Kanal veröffentlicht. Wenn keine Internetverbindung verfügbar ist, wird die Benachrichtigung in die Warteschlange gestellt und freigegeben, wenn die Verbindung das nächste Mal wiederhergestellt wird.

Eine detaillierte Zusammenfassung aller verfügbaren Einstellungen wird auf der Projektseite angezeigt.

Schritt 20: Remote-Internetzugriff

Optional ist das Webinterface ohne zusätzliche Konfiguration in Ihrem Netzwerk oder Heimrouter aus dem Internet erreichbar. Um diese Funktionalität zu aktivieren, aktivieren Sie das entsprechende Kontrollkästchen unter Gerät / Netzwerk.

Wenn der Remote-Internetzugriff aktiviert ist, initiiert das Gerät einen SSH-Tunnel über serveo.net, ohne dass NAT oder UPnP in Ihrem Router konfiguriert werden muss. Der Gerätename wird als Hostname verwendet und sowohl die Web- als auch die SSH-Dienste werden bereitgestellt.

Schritt 21: Technische Details

Alle PiWebcam-Dateien befinden sich in der Bootpartition der SD-Karte in einem Verzeichnis namens PiWebcam. Dies beinhaltet eine einzelne Bash-Datei, PiWebcam.sh und die PHP-Seiten für das Admin-Panel.

Während des Installationsvorgangs wird eine sehr grundlegende Systemkonfiguration durchgeführt, ein initramfs-Image erstellt und das Skript PiWebcam.sh zu /etc/rc.local hinzugefügt, um beim Start mit dem Parameter "configure" ausgeführt zu werden.

Beim ersten Neustart verkleinert das initramfs-Image die Root-Partition (die zuvor vom Raspbian-Installationsprogramm so erweitert wurde, dass sie die gesamte SD-Karte ausfüllt) und erstellt direkt danach eine Datenpartition.

Sowohl das Boot- als auch das Root-Dateisystem werden schreibgeschützt gemountet und ein Overlay-Dateisystem wird durch das initram-Image auf dem Root-Dateisystem erstellt, so dass alle Änderungen am System nur im Speicher gespeichert werden und beim nächsten Neustart verloren gehen. Auf diese Weise ist das Gerät robuster gegenüber Fehlkonfigurationen, kann leicht auf die Werkseinstellungen zurückgesetzt werden und übersteht jeden Stromausfall, da während des normalen Betriebs keine Systemdatei auf die SD-Karte geschrieben wird. Das Datendateisystem wird stattdessen mit F2FS (Flash-Friendly File System) formatiert, das die Eigenschaften von Flash-Speicher-basierten Speichergeräten berücksichtigt.

Beim Start liest PiWebcam seine unter /boot/PiWebcam/PiWebcam.conf gespeicherte Konfigurationsdatei, konfiguriert das System, die Kamera, das Netzwerk und die Benachrichtigungen anhand der dort gefundenen Einstellungen und stellt das Webinterface von /boot/PiWebcam/web in der Web-Root-Speicherort.

Sowohl Bewegtbilder als auch Filme werden im Dateisystem gespeichert und in Ordnern nach Jahr/Monat/Tag/Stunde gruppiert, um einen einfacheren Zugriff zu ermöglichen. Alle Aufnahmen können über das Webinterface mit h5ai eingesehen werden, einem modernen Dateiindexer, der eine ansprechende Darstellung von Dateien und Verzeichnissen sowie eine Bild- und Videovorschau ermöglicht, ohne dass der Inhalt vorher heruntergeladen werden muss.

Wenn eine Bewegung erkannt wird, wird PiWebcam.sh mit dem Parameter "notify" über das Ereignis on_picture_save/on_movie_end motion aufgerufen. Wenn die Objekterkennung für die weitere Analyse des Bildes aktiviert ist, wird das Bild an Clarifai gesendet, um alle Objekte im Bild zu erkennen. Dies würde großartig funktionieren, um falsch positive Ergebnisse zu reduzieren, z. wenn Sie wissen möchten, ob jemand in Ihrem Haus klaut und nicht nur ein plötzlicher Lichtwechsel.

Danach prüft PiWebcam, ob eine Internetverbindung verfügbar ist und sendet die Benachrichtigung in diesem Fall. Zusätzlich zu den herkömmlichen E-Mail-Benachrichtigungen, die mit ssmtp versendet werden und das erkannte Video angehängt ist, kann PiWebcam dasselbe Bild auch in einen Slack-Kanal hochladen. Wenn Sie Slack nicht kennen, probieren Sie es aus (); Es ist ein großartiges Tool für die Zusammenarbeit, kann aber auch verwendet werden, um eine Gruppe für Ihre Familie zu erstellen, Ihren Familienmitgliedern Zugriff zu gewähren, mit ihnen zu chatten und es PiWebcam oder Home Automation-Dienstprogrammen (wie z. B. eGeoffrey) zu erlauben, dort Updates zu veröffentlichen. Wenn keine Internetverbindung besteht, geht die Benachrichtigung nicht verloren, sondern wird in die Warteschlange gestellt und gesendet, wenn die Verbindung wiederhergestellt wird.

Über das Webinterface wird auch eine Upgrade-Funktionalität bereitgestellt.