Mikrocontroller gesteuerter Nistkasten mit SW- und Farbkamera

[Markus]

Hallo zusammen,

die wenigen verbleibenden Stunden im alten Jahr möchte ich noch kurz nutzen um Euch mein neues Projekt vorzustellen an dem ich gerade arbeite.
Es ist noch nicht fertig aber um so mehr ist es spannend da Ihr den Fortschritt ein Stück weit mit verfolgenden könnt.

Ja, also, an was arbeite ich?

Vor längerer Zeit kam ich beim Beobachten unserer Nistkästen die wir am Haus angebracht haben auf die Idee eine Kamera in solch einen Kasten einzubauen um den Vögeln beim Brüten und bei der Aufzucht ihrer Kleinen zusehen zu können. Meine Tochter Daniela fand diese Idee umso spannender da wir in den letzten Jahren jedes Jahr volle Kästen mit Kohlmeisen, Blaumeisten, Kleiber und Feldsperling hatten.

Den eigentlichen Durchbruch zu diesem Projekt mit dem ich dann auch startete brachte die Homepage von Stefan Bion für mich (www.stefanbion.de) der dort sehr ausführlich seine Umsetzung eines Nistkastens mit Kameras usw. beschrieben hat, allerdings ohne AVR Kontroller und Netzwerk.

Ihr fragt Euch jetzt sicher, was ein Nistkastenprojekt hier im AVR-Forum zu suchen hat. Ganz einfach:

1. Es lockert die Elektronen ungemein auf
2. Ist spannend für die ganze Familie
3. Ich will die Kameras, die Hintergrundbeleuchtung usw. über einen AVR ATmega steuern welcher über einen Ethernetcontroller verfügt und in meinem Heimnetz angebunden ist.

Somit schlage ich also die Brücke zu den AVR's

Und das alles soll in dem Projekt bearbeitet werden:

• Konstruktion und Bau eines Nistkastens auf Fichtenleimbretter
• Externe Spannungsversorgung der Elektronikkomponenten und Kameras
• Einsatz einer Farbkamera bei ausreichendem Tageslicht
• Einsatz einer SW-Kamera mit Infrarotbeleuchtung bei Dunkelheit
• Automatische oder manuelle Umschaltung der Videoquellen
• Die Spannungsversorgungen der Kameras sollen getrennt geschaltet werden können
• Einsatz einer Mikrokontroller gestützten Steuerung
• Messung der Helligkeit innerhalb des Brutraumes für autom. Steuerung der Videoquelle
• Die Mikrokontroller-Steuerung soll ein Ethernet-Interface zur Bedienung aus dem Hausnetz besitzen
• Mittels Framegrabber oder Video-Server sollen die Bilder der aktiven Kamera digitalisiert und als Snapshot-Bilder auf der Homepage der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.
• Für die Mikroprozessorsteuerung soll ein ATmega AVR32 16 MHz eingesetzt werden
• Die Steuerung des Prozessorsystems soll über Ethernet mittels UDP-Protokoll erfolgen

Das Blockschaltbild zeigt die einzelnen Modulkomponenten und Einzelteile:



In den nächsten Beiträgen in diesem Thread werde ich Euch dann nach und nach das Gedeihen des Projekts zeigen. So viel sei schon verraten .... Der Nistkasten ist fertig, die Elektronik ist drin, die Kabel sind vorhanden und mit einem Frame-Grabber hatte ich schon "First Light".

Nun geht es darum zu sehen, ob der Nistkasten selbst von den gefiederten Freunden angenommen wir und die AVR-Steuerung zu entwickeln.

Grüße,
Markus

 

[Grandpa]

Hi Markus,

wieder mal eine originelle Idee. Is also nix mit Langeweile, hätte mich auch gewundert.
Dann also gutes Gelingen.

 

[Markus]

Am Anfang war das Fichtenholz .....

Unter diesem Motto stand die Konstruktion und der Bau des Nistkasten selbst welcher ja als maßgeschneidertes Gehäuse für meine Elektronik angesehen werden kann. Bzgl. der Größenangaben für den Kasten und die Bohrungen habe ich mich am Bauplan von Stefan als auch an Vorschläge und Richtlinien von NABU und BUND orientiert. Schließlich will ich ja kleine Piepmatze und keine Adler oder Pleitegeier beim Brüten beobachten.

Meinen Bauplan im Maßstab 1:1 findet Ihr als PDF im Anhang.



Als Material für den Nistkasten habe ich Fichtenholzbretter (Leimholz) mit einer Materialstärke von 18mm verwendet. Die Maße des Nistkasten waren so günstig auf 30cm bzw. 40cm Brettbreiten ausgelegt so dass es wenig Abfall gab und ich mit bereits fertigen Zuschnitten aus dem Baumarkt nur noch wenig sägen musste.

Und so sah es dann aus, die Einzelteile des Nistkastens fertig zugeschnitten. Verwendet wurden 18 mm Fichten-Leimholzplatten:



Im Boden des Nistkastens befinden sich im Bereich des Brutraumes vier Löcher um für ausreichend Luftzirkulation zu sorgen.
Im Boden und in der Vorder- sowie Rückwand ist deutlich die Nut zu erkennen in welche die Glasscheibe als Trennung zwischen Brutraum (rechts) und Technikraum (links) eingeschoben wird.




Oberhalb des Brutraumes erkennt man die Führungsleisten für den Zwischenboden auf dem die SW-Kamera 1 befestigt wird.



Die folgende Darstellung zeigt die fertig verschraubten Einzelteile inklusive der Scharniere für den Deckel, den Deckelverschluss und die Verschlüsse für die aufklappbaren Seitenteile.



... 2 - be - continued ....

 

[Markus]

... Teil 2 der Geschichte vom Fichtenholz ....

Also, wo waren wir stehen geblieben? Ja, beim Zusammenbau und der Mechanik!

Mit aufgeklappten Seitenteilen ist auf der Seite des Technikraumes eine aufgeschraubte Metallplatte zu erkennen auf der die Farbkamarea 2 mittels Magnethalter angebracht und bei Bedarf verschoben werden kann.







Der Nistkasten ist so konzipiert, dass er jederzeit zu Wartungsarbeiten an der Elektronik wie auch zum Reinigen nach erfolgter Brut geöffnet werden kann.
Das Holz habe ich mit Leinölfirnis behandelt. Der "Maschinenraum" inkl. Metallplatte welcher die Farbkamera beinhalten soll wird von mir noch schwarz angestrichen damit Reflexionen durch einfallendes Licht vermieden werden.

Soooo, soviel zur Mechanik und Konstruktion.

Ach ja, der Anhang mit dem PDF fehlt ja noch

Ab jetzt wird es dann elektronisch!

Grüße,
Ma

 

[Grandpa]

:yes2:

 

[bluelight_electronic]

Mach aber noch den Dachpappe auf den Deckel =),

Mit Leinöl hatte ich fürher als Kind nie große erfolge um Vögel von dem Nistkasten zu überzeugen irgendwie hatten die den geruch glaub ich Satt ^^ ich hatte immer voll Fichte genommen un dort einfach Dachpappe auf den Deckel .. einige von den Häuschen leben heute noch

Ansonsten freu ich mich auf die Fotos wenn ein Piepmatz drin stizt...

Hast du schon verusche gemacht ob die Farbkammera durch das kleine Loch überhaupt soviel licht bekommt, dass man auch was sieht ?

Gruß =)

 

[Markus]

Hi,

danke für Deinen Kommentar und die Hinweise.
Ja, Dachpappe habe ich schon besorgt und kommt auch noch auf den Deckel.

Erste Versuche mit den Kameras waren schon recht erfolgreich. Ohne meinen weiteren Beiträgen zu dem Thema schon vorweg greifen zu wollen hier das Bild "FirstLight" der Farbkamera...



Das Bild erfolgte bei Dämmerung am Abendhimmel mit Loch Richtung Osten aus meinem Büro-Fenster heraus mit den Originaleinstellungen der Kamera. Also ohne Optimierung der Belichtungseinstellungen, ohne Weíßabgleich und ohne optimierte Bildschärfeeinstellung.
Der Nistkasten war geschlossen und einzig durch das Einflugloch kam noch ein bissle Licht. Ich muss sagen, ich war begeistert als ich das erste Ergebnis gesehen habe!

Mehr zur Kamera und zur Elektronik dann vermutlich schon Morgen wenn ich wieder Zeit finde daran zu arbeiten.

Grüße,
Markus

 

[bluelight_electronic]

uahh also so ein Bild hätt ich nicht erwartet .. das ist echt top ...

na dann bin ich mal gespannt auf real bilder =)

 

[Grandpa]

Dito...

 

[stbi]

Hi Markus & all,

Glückwunsch zu dem erfolgversprechenden Nistkasten-Neubau. Ich muß sagen, daß mir Einiges doch ziemlich bekannt vorkommt... Ich bin sicher, daß Du in 3 Monaten erstklassige Live-Bilder aus der Meisen-Kinderstube übertragen wirst.

Meinen Kasten (die Nr. 3) hatte ich vor genau einem Jahr gebaut (ebenfalls um den Jahreswechsel herum). Die Elektronik ist allerdings noch "old school", also analog. Mit PICs habe ich bisher noch nichts gemacht - da bin ich blutiger Anfänger, auch wenn ich über Elektronik- und Programmierkenntnisse verfüge.

Vor ein paar Tagen habe ich nun beschlossen, mich nun endlich mal etwas näher mit Mikrocontrollern zu befassen, wenn auch nicht für den Nistkasten, sondern für ein anderes (kleineres) Bastelprojekt.
Zufälligerweise finde ich nun heute passenderweise den Link zu diesem Thread in meiner Link-Referrer-Liste und habe mich gleich mal angemeldet.

Ich werde mich also nun erst mal hier etwas einlesen und schauen, was man für Mikrocontroller-Programmierung so alles braucht. Ich habe mich allerdings noch nicht auf Amtel-Prozessoren festgelegt; es gibt ja auch noch andere Hersteller wie Microchip usw., und noch kenne ich deren jeweiligen Vor- und Nachteile nicht.

Ciao,
Stefan

 

[Cassio]

Mit PICs habe ich bisher noch nichts gemacht - da bin ich blutiger Anfänger, auch wenn ich über Elektronik- und Programmierkenntnisse verfüge.

Hallo Stefan!

Willkommen im AVR-Praxis Forum!

Das ist doch auch mal ein interessanter Weg hier ins Forum zu finden.......
Über Nistkästen und die Referrer-Liste.

Da du ja schon über Elektronik- und Programmierkenntnisse verfügst, wird es wohl zu Beginn keine großen Probleme geben.
Das Einzige "Problem" wäre wohl, dass es sich hier nicht um PIC`s dreht....... sondern um AVR`s.


Viel Spaß mit Nistkästen, Mikrocontroller und Co!
Cassio

 

[Markus]

Hi Stefan,

wundert mich nicht, dass Dir der Nistkasten (quasi als geistigem Vater) bekannt vorkommt Ich freue mich Dich hier im Forum begrüßen zu können!

Ich musste das Design des Kastens etwas abändern da ich ihn nicht an das Geländer eines Balkons hängen kann sondern er muss an der Nordwand meines Hauses mit Loch Richtung Osten aufgehängt werden. Dort ist das Dach etwas vorgezogen und bietet so dem Kasten etwas Schutz. Allerdings musste ich die Dachneigung um 90° drehen damit mir der Wind nicht Spritzwasser von den Dachrinnen in die Dachschräge des Nistkastens bläst und mir somit Feuchtigkeit hinein läuft. Der Funktionsfähigkeit tut es aber kein Abbruch.

Heute habe ich mir noch das Montagematerial besorgt damit ich den Kasten, sobald es die Zeit und das Wetter erlaubt schon mal draußen befestigen kann.
Ich für meinen Teil freue mich schon riesig auf die ersten echten Live-Bilder mit Vogel im Kasten.... Bin ja gespannt was es für einer ist.

Mit der Entwicklung des Controller-Boards habe ich nun schon begonnen, der Ethernet-Controller ENC28J60 von MicroChip redet schon ein bissle mit mir. Allerdings werde ich zunächst den Aufbau des Nistkastens abwarten um zu sehen, ob er auch angenommen wird. Das erscheint mir wirtschaftlich als sinnvoll, bevor ich mich in Unkosten bzgl. Video-Server stürze. Die Dinger sind ja nicht ganz billig..

Grüßle,
Markus

PS: Solltest Du Dich durchringen, bei den AVR's zu bleiben so findest Du hier im Forum ne Menge Klasse Leute welche Dir sicher die ein oder andere Frage beantworten können oder Dir mit Tipps weiterhelfen.

 

[Markus]

Hallo @all,

heute möchte ich etwas mehr der Elektronik im Nistkasten berichten.

Und los.....

Wie von Stefan schon in der Praxis umgesetzt, habe ich mich auch dazu durchgerungen, zwei verschiedene Kameras im Nistkasten vorzusehen. Zum Einsatz kommt die bewährte Farbkamera des Typs Wide Dynamic Range Kamera von Reichelt mit Bestellnummer BSC 8W.



Hier die technischen Daten:

• 1/3´´ (0,85cm)Sony Super HAD CCD
• Day & Night Funktion
• 600 TV Linien Color, 700 TV-Linien s/w
• 0,03 Lux Color, 0,00019 Lux bei s/w
• OSD Menü
• Motion Detection
• Privatzonenausblendung
• Vario Zoom Objektiv 3,5 bis 8,0mm
• DC 12V - 90mA

Weiter kommt eine SW-Platinenkamera des Typs Conrad Platinenkamera mit der Bestellnummer 190800 - 62 zum Einsatz.



Hier die technischen Daten:

• 8,47 mm (1/3") CCD S/W-Kamera mit 6 mm Linse Auflösung 297 984 Pixel Auflösung optisch 512 x 582
• Preis ca. 40,00 €
• Automatischer Weißabgleich
• Für direkten Anschluss an TV oder Monitor
• Inkl. Anschlussbuchsen für Cinch und Power

Warum also zwei Kameras .... Hmmm .... Die Idee die dahinter steckt ist, speziell bei Nacht oder in der Dämmerung, wenn das einfallende licht für die Farbkamera nicht mehr ausreicht um saubere Bilder zu liefern auf die SW-Kamera umzuschalten welche mit IR-Hintergrundbeleuchtung ausgestattet ist. Am Tage also Farbe und Nachts wenn eh alle Katzen Grau sind Schwarz-Weiß.

Die Spannungsversorgung erfolgt mittels 15V Hutschienen-Schaltnetzteil welches ich im Dachboden zusammen mit der Steuerungselektronik installiere. Die für die Kameras notwendigen Spannungen von jeweils 12V werden separat durch zwei getrennet Festspannungsregler im Nistkasten erzeugt. Damit ist es möglich, die Spannungen für die Kameras von aussen separat zu schalten um die Kameras einzeln steuern und abschalten zu können.

Das Blockschaltbild des Nistkastens sieht wie folgt aus:



Die Verbindung des Nistkastens zur Außenwelt erfolgt über ein 9- bzw. 10-adriges Kabel mit einem Aderndurchmesser von 0,34qmm und zwei 75-Ohm-Koax-Kabel für die zwei getrennten Video-Composit-Signale von Kamera ein und Kamera zwei.

..... 2-be-continued .....

 

[Markus]

.... sooo und weiter geht's mit der Nistkastenelektronik ....

Wie oben schon beschrieben kommt ein 15V Schaltnetzteil zum Einsatz, nämlich das EA Elektro-Automatik EA-PS 812-022 KSM Hutschienen-Schaltnetzteil, DIN-Netzgerät 12 - 15 V/DC/2.5 A 30 W, Best.-Nr. Conrad Electronic : 512933 – 62. Ein preisgünstiges Netzteil im Kunststoff-Gehäuse für DIN-Schienen-Montage. Da habe ich doch wirklich ein Teil entdeckt was mal von einer deutschen Firma stammt



Die notwendigen Spannungen von +12V und +5V werden in den jeweiligen Systemkomponenten selbst erzeugt. Damit ist es möglich ggf. Spannungsabfälle aufgrund längerer Leitungen zu kompensieren.
Für beide Kameras welche im Nistkasten eingebaut werden wird jeweils eine Versorgungsspannung von +12V benötigt. Die +12V Versorgungsspannung wird mittels Festspannungsregler erzeugt. Die Versorgungsspannungen werden je nach Bedarf durch die Gesamtsteuerung aufgeschaltet.

Das folgende Schaltbild zeigt das Netzteil der Kameras bei dem der 2A Festspannungsregler 78S12 eingesetzt wird.



Davon habe ich zwei gebaut welche in einem Gehäuse (Gehäuse 2 Blockschaltbild) untergebracht werden:


Hier ist der Einbau der Netzteile in das Gehäuse 2 zu erkennen:




Neben den zwei Netzteilen befindet sich noch folgendes im Ghäuse:

1. der Anschluss für das Systemkabel (Verbindung zur Steuerung)
2. die Spannungsversorgung Farbkamera
3. der Verbindungsanschluss zum Gehäuse 1

..... 2-be-continued .....

 

[Markus]

.... und nun folgt der letzte Teil zur Nistkastenelektronik


Das Gehäuse 1 beheimatet die SW-Kamera mit der IR-Beleuchtung. Es wird von oben mit Blick nach unten über dem Brutraum befestigt. Den Aluminiumdeckel des Originalgehäuses habe ich durch eine Plexiglasscheibe ersetzt damit auch ausreichend "IR-Strahlung" den Brutraum ausleuchten kann.

Bemekrung am Rande: Erste Experimente haben gezeigt, dass die helligkeit der IR-Beleuchtung fast zu hell ist und den Brutraum quasi übeflutet. Bei der Ausführung der Steuerung werde ich also entweder einen Poti vorsehen mit dem ich die Helligkeit steuern kann oder ich werde die IR-Dioden pulsweitenmodulieren, also mit PWM ansteuern damit ich diese über den Mikrocontroller und letztlich via UDP Protokoll über mein Hausnetz verändern kann.

Damit das überhaupt möglich ist, muss die Platinenkamera leicht modifiziert werden. Die IR-Dioden hängen alle fest in Reihe zur Versorgungsspannung. Ich bin dem Beispiel von Stefan gefolgt, habe die Masseverbindung hart unterbrochen und mit einem Kabel nach aussen geführt. Damit kann durch Schalten auf GND die IR-Beleuchtung extern gesteuert werden:

Schaltplan der IR-Beleuchtung:


Das mit der Platinenkamera mitgelieferte Mikrofon habe ich abgelötet und den Anschluss auf einen 3,5 mm Monoklinkenstecker gelegt. Damit konnte ich das Mikrofon außerhalb des Gehäuses selbst in den Zwischenboden zum Brutraum hin einbauen. Die Verbindung erfolgt nun über Stecker. Eigentlich will ich das Audiosignal nur zu internen Zwecken wenigstens bis zur Steuerung führen. Ich habe aktuell nicht geplant, das Videosignal auch im Livestream über das Internet bereitzustellen.

So sieht der Umbau bzgl. der Mikrofonkapsel aus:


Hier ist der Einbau der Kamera in das Gehäuse zu erkennen. Den original Kabelsatz der Kamera habe ich unverändert gelassen. Mittels Adapter lege ich das Video-Signal auf eine 75-Ohm-BNC-Gehäusebuchse an die später das Koaxial-Kabel mit BNC-Steckern angeschlossen wird. Für die Spannungsversorgung habe ich wie im Blockschaltbild oben zu erkennen ist Hohlstecker verwendet.






Und hier noch die Gehäuse eingebaut im Nistkasten:





Noch Fragen?

 

[Markus]

Inbetriebnahme und First-Light

Für die Inbetriebnahme der Nistkasten-Elektronik wird ein Adapter auf Lochraster-Platine aufgebaut mit dem es möglich ist, das Systemkabel anzuschließen und die einzelnen Komponenten in Betrieb zu nehmen welche da wären:

• SW-Kamera 1
• Farbkamera 2
• IR Infrarotbeleuchtung der SW-Kamera 1
• LDR für Helligkeitsmessung
• Audio Mikrofon der SW-Kamera 1

Die Versorgungsspannungen sind über Jumper zu schalten. Die einzelnen Signale können über 2-polige Pin-Header abgegriffen werden.

Das Schaltbild:



Die Ausführung:



Ja, und dann das Ergebnis ... wie weiter oben schon beschrieben ohne jegliche Feinjustage oder weiteren Einstellungen. Nur Kamera rein, Spot an und los.

Tata ..... First Light!

Farbkamera


SW-Kamera ohne IR-Hintergrundbeleuchtung



Als nächstes werde ich nun die Kameras noch justieren und richtig positionieren und dann den Nistkasten am Haus montieren.

Parallel habe ich schon mit der Steuerung selbst begonnen. Hierbei beschöftige ich mich gerade mit dem Ethernetcontroller ENC28J60 über den ich mit dem Nistkasten vom PC aus kommunizieren möchte.

Sobald mir noch was einfällt oder ich wieder einen Teilerfolg zu verzeichnen habe werde ich es Euch wissen lassen.

Viele Grüße so weit,
Markus

 

[spelli]

Hallo!

Ein tolles Thema, wo ich auch mal was zurückgeben kann!

Das es teilweise schon sehr empfindliche Netzwerkkameras in allen möglichen Ausführungen (inkl. I/o etc.) gibt, ist dir vermutl. bekannt!?
(z. B. Axis-Kameras etc.)

Zwar hast du schon Kameras beschafft, aber ich würde von reichelt und Co. abraten, da die wirklich die allerletzte China-Ware verwenden...

Einfach mal als Alternative eine sehr lichtempfindliche Kamera deutlich unter 100 Euro:
ebay-Kamera von Hitachi

Ansonsten gibt es teilweise ganz gute Platinen, die sogar über einen schwenkbaren IR-Sperrfilter verfügen (dieser schaltet sich dann bei Dunnkelheit weg, unter >ca. 740 nm fällt auf den Sensor).

Du wirst bei der Farbplatine schnell ins starke Rauschen bei den geringen Lichtverhältnissen kommen, dazu dann noch die Comprimierrung/Codierung. - wenn ichs richtig verstanden habe, dass das ganze dann per TCP/IP weitergehen wird.

Beide Kameras verfügen nicht über eine DC-Blenden-Steuerung, sodass bei extremen Lichtverhältnissen (sehr hell/sehr dunkel) Überstrahlungen etc. auftreten können.

Das ist aber ein tolles Projekt ist und bin gespannt - die Arbeiten sehen sehr sehr ordentlich aus! - Ich hatte sowas mal früher in billig per USB-Webcam...

Bekommen den Stream dann alle zu sehen?

Viel Erfolg,
Christoph

 

[spelli]

Nochwas:

wenn die Ausleuchtung im IR Bereich nicht sichtbar, also auch kein rötliches Glimmen sein soll, dann mal hier gucken und nach "940nm" suchen:
pur-led.de Dort gibts die LEDs auch als Streifen...

 

[dino03]

Hi Spelli,

Problem ist das er für den Video-Server ein BAS/FBAS-Signal braucht (Composite-Video). Damit fallen die IP-Kameras dann leider aus.

Gruß
Dino

 

[spelli]

Hallo,

klar, aber der Video Server macht ja auch nur ein digitales Signal draus (es sei den es soll nur für TV oder so genügen)!
Bzgl. Videobildübertragung kann ich nur 2-Draht-Technik empfehlen: video+balun, ist wesentlich störunanfälliger und güsntiger, da per Cat5 o. ä. einfach zu realisieren!