Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Vogelhauskamera mit WLAN und autarker Stromversorgung


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von Max T. (max_t)


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Liebe Community,

nachdem ich seit Jahren passiver Mitleser dieses Forums bin und nach 
langer Abstinenz mal wieder ein Bastelprojekt gesucht habe, möchte ich 
in den kommenden Monaten eine ***Vogelhauskamera mit autarker 
Stromversorgung und Übertragung der Bild- und Videodaten per WLAN*** 
realisieren. Dieser Thread soll der Dokumentation meiner Fortschritte 
dienen. Ich weiß, dass es bereits einige ähnliche (Teil)Projekte in 
diesem Forum oder den Weiten des Internets gibt. Die von mir gefundenen 
Projektdokumentationen versuche ich entsprechend fortlaufend zu 
dokumentieren. Ich freue mich über Korrekturen, Ideen und Hilfe 
jeglicher Art.

Viele Grüße
Max

Wunschnliste:
-------------
* Autarke Stromversorgung mit Solarpanel + Akku
* Aufnahme von Standbildern in festem Intervall (zB 1h) für ein späteres 
Time-Lapse-Video des Nestbaus & Brut
* Aufnahme von Videos bei Aktivität im Vogelhaus
* Übertragung der Bild und Videodaten per WLAN in die Wolke oder lokale 
NAS oder ähnliches
* On-Demand Livestream im lokalen WLAN

Herausforderung #1: Stromversorgung
-----------------------------------
Der Kern des Projekt wird ein Raspberry Pi Zero W (mit WLAN) und eine 
angeschlossene IR-Kamera (derzeit Longruner IR-Cut Kameramodul mit 
OV5647-Sensor und optional anschließbarer IR-Beleuchtung).
Leistungsaufnahme des Pi Zero ist laut Internet 1 Watt, die der Kamera + 
IR-Beleuchtung kenne ich (noch) nicht.

Laut [1] beträgt die globale Sonneneinstrahlung am geplanten 
Aufstellungsstandort minimal 14,8 kWh/m^2/Monat (Dezember), mindestens 
81,5 kWh/m^2/Monat in der Laut NABU angegebenen Brutzeit (März bis 
September [2]) mit einem Höchstwert von 161,5 kWh/m^2/Monat im Juni.

Bei angenommenen 30 Tagen pro Monat ergäbe dies Werte von 20,6 W/m^2 
(Dezember), 113,2 W/m^2 (März) und 224,3 W/m^2 (Juni).

Das von mir gewählte Solarpanel (enjoy solar, polykristallin, 12V, 20W, 
FDS020-12P) liefert laut Datenblatt bei 200 W/m^2 eine maximale Leistung 
von ca. 3 W. Damit ist klar, dass ein kontinuierlicher Betrieb des Pi + 
Kamera eher unrealistisch ist. Eventuell besorge ich noch ein zweites 
Solarpanel welches ich dann in Reihe schalte damit der Pi zumindest 
während der Brutzeit kontinuierlich laufen kann.
Ein Freund hat mir noch den Hinweis gegeben, dass die direkte 
Überwachung von Aktivität im Vogelhaus mit der Kamera eventuell zu viel 
Leistung zieht und das ein separater Bewegungssensor als Trigger 
eventuell besser wäre.

Für die Stromspeicherung habe ich mich für den Solarladeregler (reVolt 
12V, 10A) entschieden, da dieser bereits zwei USB-Ports zur 
Stromversorgung des Pi hat und derzeit einen AGM-Akku (Offgridtec, AGM 
12Ah 12V).
Diverse Betriebszeitrechner im Internet sagen mir nun, dass die 
Betriebsdauer berechnet wird mit (12V * 12Ah / 1W) * 60 min/h = 8640 min 
= 6 Tage, sofern ich von einer kompletten Entladung ausgehe (das 
Internet sagt ich soll nur 20-40 % entnehmen für hohe Zyklenfestigkeit, 
kann jemand was dazu sagen?).

Um Strom zu sparen habe ich mir zusätzlich ein WittyPi3Mini [3] besorgt. 
Das ist ein Shield für den Pi, welches gescriptet in beliebigen 
Intervallen den Pi hoch und (auch bei Unterspannung) kontrolliert 
runterfahren kann. Angeblich mit Strombedarf im Standby von ca. 1 mA -> 
5 mW bei 5V.

Als nächstes wäre zu klären:
---------------------------
* Leistungsaufnahme des Pi ohne und mit Kamera + IR-Beleuchtung messen 
-> Dafür habe ich mir ein Stromsensor INA219 bestellt, welches ich für 
Tests zwischen den USB-Port des Solarladereglers und die Verbrauchern 
hängen will.
* Wie erkenne ich den Ladezustand des AMG-Akkus um Tiefentladung zu 
vermeiden. Ist das hinter dem USB-Port zu erkennen oder muss ich die 
Akkuspannung direkt abgreifen und loggen?
* Wie kann ich die Leistung des Solarpanels loggen?


Weitere ToDos:
--------------
* Geeignete Programme zum Aufnehmen von Standbildern von Videos
* Geeignete Programme um einen on-demand Livestream zu realisieren
* Möglichkeiten zur Datenübertragung in eine Wolke oder lokal auf eine 
NAS recherchieren


Quellen:
--------
[1] 
https://www.rechnerphotovoltaik.de/photovoltaik/in/nordrhein-westfalen/leopoldshoehe
[2] 
https://niedersachsen.nabu.de/umwelt-und-ressourcen/oekologisch-leben/tipps-haus-garten/13925.html
[3] 
http://www.uugear.com/product/witty-pi-3-mini-realtime-clock-and-power-management-for-raspberry-pi/

Weitere Ressourcen und gefundene Projekte:
------------------------------------------
* Wildkamera mit Pi Zero: Beitrag "Wildkamera auf Basis Raspberry PI Zero"
* https://honey-pi.de/autarke-stromversorgung-am-bienenstand/
* https://www.nistkasten-webcam.de/technik.html
* https://projects.raspberrypi.org/de-DE/projects/infrared-bird-box
* https://www.thomas-wedemeyer.de/elektronik/Nistkasten.html

: Verschoben durch Moderator
von Atomkraft, warum nicht? (Gast)


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> von ca. 3 W

Im Sommer mittags bei orthogonaler Einstrahlung.
Ansonsten (> 95 %) eher ein Zehntel.
Damit ist der Rest der Planung auch hinfaellig.

von Helge (Gast)


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Ich hatte auch die Idee und habe es ebenfalls mit einem PI umgesetzt.
Letztendlich ist aber die Qualität doch eher bescheiden, der Ton war 
nicht syncron und ebenfalls war das Bild eher rucklig.
Alles nicht sehr schön, wenn man ein bisschen die Vögel beobachten will. 
Auch der Ton ist interessant.
Letztendlich habe ich eine IP Kamera genommen für ca 40Eur und die 
Qualität und Spaß ist um Welten besser.
Wenn man nur Standbilder haben möchte, dann reicht eine ESP32Cam. Habe 
ich im Gewächshaus und für den Zweck passabel. Braucht weniger Strom als 
ein PI, im Standby quasi nichts

von Helge (Gast)


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>* Leistungsaufnahme des Pi ohne und mit Kamera + IR-Beleuchtung messen
-> Dafür habe ich mir ein Stromsensor INA219 bestellt, welches ich für

Hier reicht ein einfacher USB Strommesser für ein paar Euro. Oder 
einfach Multimeter zwischen die Leitungen hängen.

PS Die ESP32Cam kann auch bewegterkennung braucht dann aber 160mA 
dauerhaft. PIR Sensoren gibt es mit 1-200µA

von Max T. (max_t)


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Hui, das geht ja schnell mit den ersten Antworten und Tipps, das freut 
mich :)

Atomkraft, warum nicht? schrieb:
>> von ca. 3 W
>
> Im Sommer mittags bei orthogonaler Einstrahlung.
> Ansonsten (> 95 %) eher ein Zehntel.
> Damit ist der Rest der Planung auch hinfaellig.

Das find ich jetzt doch sehr pessimistisch. Ein weiteres Solarpanel 
könnte ich mir noch vorstellen, mit viel mehr möchte ich den Garten 
nicht verschandeln. Nach deiner Rechnung käme ich dann immer noch auf 
0,3 bis 0,6 W. Wenn ich dann doch keinen kontinuierliche Beobachtung 
realisieren kann sondern takten muss um Energie zu sparen, fände ich das 
auch noch vertretbar. Umsatteln auf eine verbrauchsärmere ESP32Cam mit 
PIR-Sensor kann ich ja immer noch. Den Pi Zero hatte ich halt schon 
zuhause rumfliegen.

Helge schrieb:
> Ich hatte auch die Idee und habe es ebenfalls mit einem PI
> umgesetzt.
> Letztendlich ist aber die Qualität doch eher bescheiden, der Ton war
> nicht syncron und ebenfalls war das Bild eher rucklig.
> Alles nicht sehr schön, wenn man ein bisschen die Vögel beobachten will.
> Auch der Ton ist interessant.
> Letztendlich habe ich eine IP Kamera genommen für ca 40Eur und die
> Qualität und Spaß ist um Welten besser.

Da hast du wahrscheinlich recht. Beispiele mit IP-Kamera hab ich schon 
einige gesehen, aber mir persönlich gehts eher um das Basteln als um ein 
Schönheitswettbewerb mit den Bildern und Videos zu gewinnen.

> Wenn man nur Standbilder haben möchte, dann reicht eine ESP32Cam. Habe
> ich im Gewächshaus und für den Zweck passabel. Braucht weniger Strom als
> ein PI, im Standby quasi nichts

Danke für den Tipp mit der ESP32Cam. Das überlege ich mir dann noch, 
wenn ich die Leistungsaufnahme meiner Komponenten kenne.

Helge schrieb:
>>* Leistungsaufnahme des Pi ohne und mit Kamera + IR-Beleuchtung
> messen
> -> Dafür habe ich mir ein Stromsensor INA219 bestellt, welches ich für
>
> Hier reicht ein einfacher USB Strommesser für ein paar Euro. Oder
> einfach Multimeter zwischen die Leitungen hängen.

Ja, aber ich bin Nerd und will Loggen ;) daher fällt mein Multimeter 
schonmal raus. Die INA219-Module kosten auch nicht viel. Hab mir jetzt 
sowohl INA219 Module als auch ACS712 bestellt in der Hoffnung mit 
letzteren direkt die Leistung vom Solarpanel abgreifen zu können.

> PS Die ESP32Cam kann auch bewegterkennung braucht dann aber 160mA
> dauerhaft. PIR Sensoren gibt es mit 1-200µA

Hast du vielleicht eine konkrete Empfehlung für nen PIR-Sensor?

: Bearbeitet durch User
von bingo (Gast)


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Max T. schrieb:
> Hast du vielleicht eine konkrete Empfehlung für nen PIR-Sensor?

Der HC-SR505 ist für kleine Entfernungen ideal, gibts bei eb* ali*

von flupp (Gast)


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ich würde zum Aktivieren vermutlich noch ein kleines Funkmodul verbauen. 
Die ziehen im Ruhemodus (nur empfangen) nur etwa 100uA. Ein kleiner 
Mikrocontroller schläft vor sich hin und wird dann vom Funkmodul geweckt 
wenn jemand was angucken will. Der aufgeweckte uC fährt dann die 
Überwachungselektronik hoch. Ev. durch schalten eines MOSFET oder durch 
digitale kommunikation mit was auch immer.

Der Vorteil ist, dass du über das Funkmodul mit extrem wenig 
Stromverbrauch Houskeeping (oder sollte ich sagen Vogelhousekeeping)- 
Daten übertragen kannst. Du könntest desweiteren noch eine LED-Leuchte 
schalten und anderen Schabernack veranstalten.

Für die Übertragung von Bildinformationen hätte ich vermutlich Analogen 
funk benutzt. Aber das ist Geschmackssache. Wenn die Auflösung hoch sein 
soll, dann wohl Wlan.

von Helge (Gast)


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>Ja, aber ich bin Nerd und will Loggen ;)
Naja dafür bräuchte man kein großes Geschiss machen. Die jeweiligen 
Zustände sind schnell durchgetestet, wenn man ptagmatisch ran geht,


> Hast du vielleicht eine konkrete Empfehlung für nen PIR-Sensor?
Habe diese zu letzt benutzt.
Geht aber auch ein billig Modul aus China
https://www.mouser.com/ProductDetail/Panasonic-Industrial-Devices/EKMB1104112/?qs=5aG0NVq1C4xOT9g6HpxtKA%3D%3D

>gehts eher um das Basteln als um ein
>Schönheitswettbewerb mit den Bildern und Videos zu gewinnen.

Persönlich hätte ich dann eger ein anderes Projekt genommen.
War ganz schön gefrustet nach dem ersten Jahr, weil es ein grottiger 
Überwachungskameralook war und man nicht das Gefühl hatte live dabei zu 
sein.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Max T. schrieb:
> Solarpanel

Das Panel 44x34cm, fast 0.15m², wäre das fast senkrecht zur Wintersonne 
auszurichten möglich?

Das wäre auch sinnvoll, damit der Schnee schnell wieder von selbst 
herunterruscht.

Ungünstigerweise gibt es gerade im Winter auch gerne einige 
aufeinanderfolgende Tage nur mit wenig diffusen Licht. Ernte wäre dann 
von 9-15 Uhr ca. 5-10%.

Raspi bei -25...+60 Grad, ob das so eine gute Idee wäre den bei großer 
Kälte schlafen zu legen, habe ich so meine Zweifel. Gab mal jemanden, 
der hat Versuche mit Einplatinenrechnern im Eisfach gemacht. Glaube das 
hatte ich irgendwann in µC gelesen. Daher wäre aus meiner Sicht die 
Lösung mit einer WLAN-Kamera zielführender.
Der Raspi-Nano wäre sinnvoll als zuverlässige permanente Gegenstelle in 
Deinem Netz zu verwenden.

von Max T. (max_t)


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flupp schrieb:
> ich würde zum Aktivieren vermutlich noch ein kleines Funkmodul
> verbauen.
> Die ziehen im Ruhemodus (nur empfangen) nur etwa 100uA. Ein kleiner
> Mikrocontroller schläft vor sich hin und wird dann vom Funkmodul geweckt
> wenn jemand was angucken will. Der aufgeweckte uC fährt dann die
> Überwachungselektronik hoch. Ev. durch schalten eines MOSFET oder durch
> digitale kommunikation mit was auch immer.
Danke, das ist eine super Idee, ich glaub ich hab von alten Projekten 
noch ein paar NRF24L01 irgendwo rumfliegen, hast du andere 
Empfehlungen?. Kommt auf jeden Fall auf meine Testagenda.

Helge schrieb:
> Persönlich hätte ich dann eger ein anderes Projekt genommen.
> War ganz schön gefrustet nach dem ersten Jahr, weil es ein grottiger
> Überwachungskameralook war und man nicht das Gefühl hatte live dabei zu
> sein.
Was benutzt du denn für eine IP-Kamera und was hat die für ne 
Leistungsaufnahme?  Oder hast du ne feste Stromversorgung und daher ists 
dir egal? Qualitativ bleibt die Herausforderung der autarken 
Stromversorgung ja trotzdem, egal für was für einen Verbraucher ich mich 
final entscheide.

Dieter D. schrieb:
> Max T. schrieb:
>> Solarpanel
>
> Das Panel 44x34cm, fast 0.15m², wäre das fast senkrecht zur Wintersonne
> auszurichten möglich?
>
> Das wäre auch sinnvoll, damit der Schnee schnell wieder von selbst
> herunterruscht.
>
> Ungünstigerweise gibt es gerade im Winter auch gerne einige
> aufeinanderfolgende Tage nur mit wenig diffusen Licht. Ernte wäre dann
> von 9-15 Uhr ca. 5-10%.
Ja, bestmögliche Ausrichtung zur Wintersonne hab ich auf jeden Fall vor. 
Bei der Gelegenheit bin ich noch auf die Idee gekommen, dass ich, sofern 
ich die Leistung des Solarpanels und den Ladezustand der Batterie 
ebenfalls tracke, das "Aufwachintervall" im Winter ja auch dynamisch an 
die Lichtverhältnisse, sprich vorhandene Leistung anpassen könnte.

> Raspi bei -25...+60 Grad, ob das so eine gute Idee wäre den bei großer
> Kälte schlafen zu legen, habe ich so meine Zweifel. Gab mal jemanden,
> der hat Versuche mit Einplatinenrechnern im Eisfach gemacht. Glaube das
> hatte ich irgendwann in µC gelesen.
Danke für den Hinweis. Ich behalte es mal im Hinterkopf.

von Luftratte (Gast)


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Max T. schrieb:
> Bei der Gelegenheit bin ich noch auf die Idee gekommen, dass ich, sofern
> ich die Leistung des Solarpanels und den Ladezustand der Batterie
> ebenfalls tracke, das "Aufwachintervall" im Winter ja auch dynamisch an
> die Lichtverhältnisse, sprich vorhandene Leistung anpassen könnte.

Kopple den Aufwachintervall auch etwas an die vorhergesagte 
Globalstrahlung (W/m²) für den nächsten Tag, falls der Akku mal knapp 
wird.

Mit einem Pb Akku hast du etwas Effizienz verschenkt.
Li+ ist nicht mehr so teuer - besonders wenn man die Zyklenfestigkeit 
mit einrechnet.

von Anarchist (Gast)


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Kann man da nicht eine Autobatterie und einen kleinen Dieselgenerator 
nehmen, der alle 2-3 Tage so 2 Stunden läuft?
Die Vögel gewöhnen sich sicher schnell an den gelegentlichen Lärm.

von Dieter (Gast)


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Das Ding sollte auch Nacht koennen. Da kommen die Fledermaeuse. Sofern 
kein DCDC Wandler laermt.

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