BirdView Einsichten
Kamera überwachter Nistkasten BirdView

Kamera überwachter Nistkasten BirdView:

Direktsprung zu Kapiteln Motivation und Zielsetzung
Funktionsbeschreibung
Umsetzung und Realisierung
Stücklisten
Schaltpläne
Bestückpläne
PCB's
Software
Dokumentation und Daten
Mitgeltende Unterlagen und Sonstiges
Direktsprung zu Kapiteln
Direktsprung zu Kapiteln


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Motivation und Zielsetzung

Nistkästen
Nistkästen an unserem Haus
Schon seit vielen Jahren brüten in den Nistkästen an unserem Haus Vögel. In jedem Jahr haben wir mit regelmäßiger Beständigkeit 2 Bruten im Jahr, eine im Frühjahr und eine im Sommer.
Blaumeisen, Kleiber, Kohlmeisen und Feldsperrlinge ziehen unter unseren geschützten Dächern ihren Nachwuchs auf, was uns jedes Jahr erneut freut.

Im Sommer 2011 trug es sich nun zu, dass durch welchen Umstand auch immer, die 2. Spatzenbrut durch die Eltern verlassen wurde. Mit dem Erfolg, dass wir 5 kleine tote Spatzenbabys im Nest entdeckt haben was unserer Tochter Daniela dadurch aufgefallen ist, da ein totes Küken mit dem Kopf im Einflugloch zu sehen war.

Feierlich wurden die 5 Kleinen von Daniela beerdigt und jedes bekam sein eigenes Kreuz.
Danach wurden natürlich Fragen gestellt wie; "Warum sind die Küken gestorben?", "Welche Vögel Brüten?" und "Wie brüten Vögel?", "Kann man da mal zusehen?". Damit stand die Frage nach dem Zusehen im Raum.

Initialer Auftakt für die Entwicklung des BirdView-Projekts und das Konzept der Umsetzung bildet dann die Homepage von Stefan Bion welche ich beim Suchen in Internet entdeckte.
Die auf seiner Homepage http://www.stefanbion.de bereitgestellten Informationen über Nistkasten, Elektronik, Technik und Umsetzung brachten mich dann selbst auf die Idee BigBrother für Piepmätze nachzubauen und die Daten waren die Basis meines BirdView Projekts. Ein herzlichen Dank an dieser Stelle an Stefan welcher mir freundlich die Genehmigung zur Verwendung, Wiederverwendung und Anpassung gab.

Damit war das Projekt BirdView geboren.
Das Projekt BirdView sollte folgende Teilfunktionalitäten besitzen:


Das Projekt "Nistkasten mit Kamera und Infrarotbeleuchtung - Vögel sollen beim Brüten und bei der Aufzucht ihrer Jungen beobachtet werden. Die Bilder sollen auf einer Homepage zur Verfügung gestellt werden" war geboren.

Herzlich Willkommen bei meinem Projekt BirdView!

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Funktionsbeschreibung

Das Projekt besteht im Wesentlichen aus fünf Teilkomponenten bzw. Systemeinheiten:

Die einzelnen Komponenten lassen sich sehr schön in folgendem Blockschaltbild / Gesamtschaltbild erkennen:

BirdView Blockschaltbild
BirdView Blockschaltbild


Die Spannungsversorgung

15V Schaltnetzteil
Zentrales 15V Schaltnetzteil

Die Spannungsversorgung von BirdView soll über ein einziges Schaltnetzteil erfolgen aus dem alle weiteren Spannungen für den Betrieb des Nistkastens und der Zentralsteuerung abgeleitet werden. Weitere Einzelheiten befinden sich unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschrieben.
  • Spannungsversorgung 230V ˜ - SUP1
  • +12V Spannungsversorgung für Kameras - SUP2
  • +5V und +3,3V Spannungsversorgung für Zentralsteuerung - SUP3
  • Kopplungsmöglichkeit extern +5V einzuspeisen - SUP3



Die Nistkastenelektronik

Die Nistkastenelektronik
Die Nistkastenelektronik
Die Nistkastenelektronik verfügt über die folgenden Einzelkomponenten welche unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschrieben sind:
  • Getrennte Spannungsversorgungen von +12V für beide Kameras - SUP2
  • Verbindungsleitungen und Verkabelung aller Komponenten - CON
  • SW-Kamera mit Infrarotbeleuchtung für Nachbeobachtung - CAM1
  • Farbkamera für Tagbeobachtung - CAM2



Die zentrale Steuereinheit

Die zentrale Steuereinheit
Die zentrale Steuereinheit

Die zentrale Steuereinheit verfügt über die folgenden Einzelkomponenten welche unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschrieben sind:

  • Schaltnetzteil zur Erzeugung der Spannungen +5V und +3,3V - SUP3
  • Einsatz eines ATmega32 Mikrocontrollers mit 16 MHz - ATMEGA
  • Serielles RS232 Interfaces für Tracing und Debugging - RS232
  • ISP Programmierinterface für Mikrocontroller - ISP
  • Ethernet Interface zur Anbindung der Steuerung an das Hausnetz - TCP
  • Schaltstufen für die Spannungsversorgungen der Kameras - PWRCAM
  • Regelung der IR Hintergrundbeleuchtung durch PWM - IR
  • Erfassung der Helligkeit im Nistkasten - LIGHT
  • Relaisstufe für externen Verbraucher - RELAIS
  • Anzeige der Betriebszuständer durch LED's - LED
  • Tasten zur Steuerung der wichtigsten Funktionen Vorort - KEY
  • 2:1 Multiplexer für die Videosignale von CAM1 und CAM2 - MUX
  • Industriegehäuse mit Transparentem Deckel - BOX



Die IT Infrastruktur

BirdView Blockschaltbild
Die IT Infrastruktur

Neben der Nistkastenelektronik und der Zentralsteuerung werden noch die folgenden Komponenten benötigt welche dazu dienen, das Videobild der Kameras zu grabben und als Livestream sowie SnapShot im Internet verfügbar zu machen und die Steuerung + Videograbber im Hausnetz verfügbar zu machen. Weitere Details sind wie üblich unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschrieben.




Die BirdView Software

Die BirdView PC-Software
Die BirdView PC-Software

Zur Steuerung der Zentralsteuerung wurde ein Kommunikationsprotokoll definiert über das man via RS232-Schnittstelle oder TCP-Verbindung (z.B. Putty) auf die Funktionen der Zentralsteuerung zugreifen kann. Darüber hinaus wurde eine PC-Software "BirdView PC" entwickelt welche die Funktionen der Zentralsteuerung über eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung stellt.

Details zur SW und zum Protokoll werden unter Umsetzung und Realisierung noch genauer beschrieben:

  • BirdView PC-Software - SW
  • Kommunikationsprotokoll - PROT
  • Bedienung mit Putty - PUTTY
  • Persistente Daten - DATA



Umsetzung und Realisierung

Blick in den Nistkasten-Technikraum
Blick in den Nistkasten-Technikraum

Im folgenden befinden sich die Detailbeschreibungen zu den einzelnen Funktionskomponenten und Teilmodulen.

Doch zu Beginn möchte kurz ein paar Worte zum Systemkonzept verlieren.

Aufgrund von Wärmeentwicklung, Spannungsversorgungen und Leitungsführungen wollte ich nicht alle Komponenten und Teile im Nistkasten unterbringen. Außerdem wäre es vermutlich auch mit dem Platz problematisch geworden.
Aus diesem Grund habe ich entschieden, das Projekt in einen Elektronikteil der sich im Nistkasten befindet und in einen Steuerteil der sich im Dachboden befindet aufzuteilen.

Für die Elektronik im Nistkasten habe ich einen minimalistischen Ansatz gewählt. Aus diesem Grund befinden sich im Nistkasten eigentlich nur die Spannungsregler für die +12V Spannungsversorgung der Kameras, die Kameras selbst und Kabel, mehr nicht. Für die Aufnahme der SW-Kamera mit der IR-Hintergrundbeleuchtung gibt es ein eigenes Gehäuse direkt über dem Brutraum. Die Spannungsversorgungen und die Verteilung der Kabel und Signalleitungen befinden sich in einem zweiten Gehäuse. Dazu aber zu geeigneter Zeit mehr.

Da ich bis zu diesem Zeitpunkt keine Ahnung von TCP, UDP, ARP, DNS, DHCP usw. hatte nutze ich dieses Projekt auch wieder als Mittel zum Zweck und designte eine Ethernetschnittstelle mit ein. Damit hängt die Zentralsteuerung in meinem Hausnetz und kann über eine PC-Oberfläche, die SW BirdView PC gesteuert werden. Dies hat den Charme, dass alle relevanten Steuerungsteile im Dachboden verschwinden und ich von PC und Notebook aus auf die Steuerung zugreifen kann.

Die Zentralsteuerung übernimmt alle notwendigen Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben und sie ist eigentlich das Herzstück des Projekts.

Doch fangen wir am Anfang an, nämlich mit der Konstruktion des Nistkastens und schauen uns alles im Details an.


Die Konstruktion des Nistkastens

Die Konstruktion des Nistkastens erfolgte in Anlehnung an Stefan's Nistkasten und wurde von mir an unsere örtlichen Gegebenheiten angepasst. Der Nistkasten befindet sich bei uns an der Nordseite des Hauses unterhalb des Dachvorsprungs. Das Einflugloch in den Brutraum ist nach Empfehlungen des NABU Richtung Osten ausgerichtet und sowohl vor direkter Sonneneinstrahlung als auch vor Regen und Wind geschützt.

Die Montage des Nistkastens erfolgt auf einem großen 90°-Winkel direkt an der Hauswand.

Die Konstruktionszeichnungen des Nistkastens wurden im Maßstabe 1:1 ausgeführt und sind hier verkleinert abgebildet. Details lassen sich durch Anklicken der Zeichnungen, durch das sich ein PDF öffnet besser erkennen.

BirdView Konstruktion in 3-Tafel-Projektion
BirdView Konstruktion in 3-Tafel-Projektion


BirdView Konstruktion Deckel
BirdView Konstruktion Deckel


BirdView Konstruktion Material Teil 1
BirdView Konstruktion Material Teil 1


BirdView Konstruktion Material Teil 2
BirdView Konstruktion Material Teil 2


Herstellung der Einzelteile:

Einzelteilansichten 1 Einzelteilansichten 2 Einzelteilansichten 3
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.


Einzelteilansichten 4 Einzelteilansichten 5 Einzelteilansichten 6
Oberhalb des Brutraumes erkennt man die Führungsleisten für den Zwischenboden auf dem die SW-Kamera 1 befestigt wird. Material für die Zwischenböden und die seitliche Stabilisierung Verschiedene Ansichten


Einzelteilansichten 7
  Verschiedene Ansichten  


Zusammenbau, Montage und Mechanik:


Zusammenbauansicht 1 Zusammenbauansicht 2 Zusammenbauansicht 3
Die Darstellung zeigt die fertig verschraubten Einzelteile inklusive der Scharniere für den Deckel, den Deckelverschluss und die Verschlüsse für die aufklappbaren Seitenteile. Mit aufgeklappten Seitenteilen ist auf der Seite des Technikraumes eine aufgeschraubte Metallplatte zu erkennen auf der die Farbkamera 2 mittels Magnethalter angebracht und bei Bedarf verschoben werden kann. Der geöffnete Nistkasten.


Zusammenbauansicht 4 Zusammenbauansicht 5 Zusammenbauansicht 6
Der geöffnete Nistkasten. Der fertige Nistkasten an Ort und Stelle. Fertig montierter Nistkasten von hinten.


So, und zum Schluss noch eine Ergänzung zum Deckel. Für den Deckel habe ich mir beim ortsansässigen Dachdecker ein Stück Dachpappe organisiert welche ich mit einem Heißluftföhn umgelegt/gebogen und an den Ecken verschweißt habe. An den Kanten habe ich zusätzlich die Dachpappe durch kleine verzinkte Nägel fixiert.


Die Entwicklungsumgebung

Entwicklungsumgebung
Entwicklungsumgebung
Die Entwicklungsumgebung für dieses Projekt teilt sich in 3 Bereiche auf:

  • Entwicklung der Hardware
  • Software-Entwicklung für die Zentralsteuerung
  • Software-Entwicklung für die PC-Software


Für die Entwicklung des Projekts stand ein Desktop-PC mit Windows 7 sowie ein Noteboob mit Windows XP Professional zur Verfügung. Als Zusätzliche HW-Komponenten sind der AVR-Programmer AVRISP mkII von ATMEL und Seriell-To-USB-Adpater zum Einsatz gekommen.

Während der Einarbeitung in das Thema Ethernet und TCP/UDP usw. und für die Implementierung des ersten Prototyps kam das AVR NET-IO von Pollin zum Einsatz. Der Bausatz kostete bei Polling keine 20,00 Euro und leistete während der Entwicklung gute Dienste. Da ich mich bei der Entwicklung für den MicroChip ENC28J60 Ethernetcontroller entschieden hatte war das Pollin-Board gerade geschaffen für mich und einen ersten Einstieg.

Die Schaltungsteile wurden in einem Schaltplan mit Eagle von Cadsoft zusammengesetzt. Daraus wurde eine PCB erzeugt und geroutet. Die Fertigung und Produktion der PCB habe ich der Firma Leiton in Berlin überlassen.
Visual Stuido 2010
Visual Studio 2010

Die Programmierung der Software für die Zentralsteuerung auf dem ATmega32 erfolgte mittels BASIC basierter Programmiersprache AVR-BASCOM. Bei BASCOM handelt es sich um einen Basic-Compiler welcher von der Firma MCS Electronics in Holland entwickelt und verkauft wird.

Für die Entwicklung der PC-Software "BirdView PC" wurde das VisualStudio 2010 eingesetzt.
Um es genauer zu beschreiben handelt es sich bei BirdView PC um eine Visual C++ Applikation welche mit Hilfe des .NET Framework mit dem Visual Studio erstellt wurde.
Neben der PC-Software existiert ein vollständiges zugehöriges Installationsprogramm welches alle notwendigen Komponenten auf dem PC installiert.


+15V Spannungsversorgung für Alle

15V Schaltnetzteil
Zentrales 15V Schaltnetzteil


Für die Spannungsversorgung wird ein Schaltnetzteil der Firma Elektro-Automatik GmbH mit einer eingestellten Spannung von +15V eingesetzt.
Das gesamte Projekt BirdView wir mittels dieser Spannungsquelle betrieben.

Die einzelnen Spannungen von +3,3V, 5V und 12V werden lokal dort erzeugt wo sie benötigt werden.
Mittels der höheren Spannung können die Spannungsabfälle an den Leitungen zu den Kameras kompensiert werden.

Die genauen Daten des verwendeten Netzteil lauten: EA Elektro-Automatik EA-PS 812-022 KSM Hutschienen-Schaltnetzteil DIN-Netzgerät 12 - 15 V/DC/2.5 A 30 W


+12V Spannungsversorgung für die Kameras

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.

+12V Festspannungsnetzteil
+12V Festspannungsnetzteil


Von diesem Festspannungsnetzteil existieren 2 Stück. Dadurch ist es möglich, jede Kamera separat mit Spannung zu versorgen. Das Schalten der Versorgungsspannungen von +15V erfolgt mittels MOSFET-Schaltstufe in der Zentralsteuerung.

Die beiden Bilder zeigen die Netzteile und den Einbau in einem der Gehäuse der Nistkastenelektronik.

Kameranetzteile Kameranetzteile im Gehäuse
Kameranetzteile Kameranetzteile im Gehäuse


+5V und +3,3V Spannungsversorgung für Zentralsteuerung

Für den Betrieb der Zentralsteuerung werden zwei Spannungen benötigt:

  • +5V für den Mikrocontroller und die Peripherie
  • +3,3V für den Ethernetcontroller


Wie schon in vorhergehenden Kapiteln beschrieben wird die Steuerung mit einer Spannung von 15V versorgt welche auch zum Betrieb der Kameras geschaltet und verwendet wird.

Zur Erzeugung der verschiedenen Betriebsspannungen für die Zentralsteuerung werden sowohl Festspannungsregler als auch Schaltregler eingesetzt welche gemäß dem folgenden Schaltbild verschaltet sind.

+5 und +3,3V Spannungsversorgung der Zentralsteuerung
+5 und +3,3V Spannungsversorgung der Zentralsteuerung


Über eine Bestückungsmöglichkeit bzw. Jumper-Stellung gibt es die Möglichkeit entweder +5V nach extern abzugreifen oder die Spannung von extern einzuspeisen. Diese Möglichkeit habe ich vorgesehen, um ggf. von dem zentralen +15V Schaltnetzteil unabhängig zu sein.


Nistkastenelektronik: Verkabelung der Nistkastenelektronik

Die folgende Übersicht zeigt die Verkabelung und den Aufbau der Elektronik-Komponenten innerhalb des Nistkastens.

Interne Nistkastenverkabelung
Interne Nistkastenverkabelung


Wie schon erwähnt gibt es zwei Gehäuse innerhalb des Nistkastens. Ein Gehäuse für Kabelverteilung und die Kameranetzteile sowie ein Gehäuse zur Aufnahme der SW-Kamera. Die beiden Gehäuse sind mit einer 9-poligen Flachbandkabel-SUBD-Steuerleitung verbunden.
Videokabel
Videokabel

Die Kameras liefern das Videosignal als Video Composite Signal. Dabei handelt es sich um ein analoges, unmoduliertes TV-Bildsignals im Basisband (BAS oder FBAS).
Um eine störungsfreie Übertragung vom Nistkasten zum Videomultiplexer in der Zentralsteuereinheit zu erreichen werden wie in Rundfunk und Fernsehanstalten üblich hochwertige BNC-Verbindungen mit 75 Ω Wellenwiderstand für Composite Video eingesetzt.

Zum Einsatz kommt das Koaxial-Kabel "Koaxiale HF-Leitungen 75 Ohm RG 59/U Digital-0.8/3.7 Typ Belden 1505 A". Das kompakte Kabel ist für Patch und SDI-Anforderungen mit geringeren Ab-messungen entwickelt worden. Der Außenmantel besteht aus einem flamm-widrigen, halogenfreien Material (IEC 332-1).

Neben den zwei Video-Signalleitungen für die beiden Kameras wird noch eine Steuerleitung benötigt welche zum einen für die Spannungs- und Stromversorgung dient, über die aber auch Sensoren wie z.B. den Fotosensor angeschlossen oder die Infrarot-Hintergrundbeleuchtung gesteuert werden.

Ein für Steuerleitungen üblicher Leitungsquerschnitt ist 0,14mm2. Um den Spannungsabfall aufgrund des Leitungswiderstands geringer zu halten wird eine 8-adrige Datenleitung "UNITRONIC® LiYY Datenleitung 10 x 0.34 mm² Grau" der Firma Lapp Kabel eingesetzt. Die folgende Tabelle zeigt eine Zusammenfassung der Widerstandsrechnungen für die Entscheidungsgrundlage.

Spannungsabfälle bei Leitungswiderständen
Spannungsabfälle bei Leitungswiderständen


Die folgende Tabelle zeigt die Pinbelegung des Systemkabels zwischen Nistkasten und Zentralsteuerung sowie dessen 9-poligen Steckers.

Pinbelegungen der Systemkabel
Pinbelegungen der Systemkabel

Pinbelegungen der SUBD Stecker im Gesamtschaltplan
Pinbelegungen der SUBD Stecker im Gesamtschaltplan



Nistkastenelektronik: SW-Kamera

Für die Videobilder aus dem Nistkasten werden zwei verschiedene Kameras eingesetzt. Bei ausreichenden Lichtverhältnissen ist eine Farbkamera aktiv. In den Dämmerungsphasen wie auch nachts, wenn das durch das Einflugloch einfallende Licht nicht mehr zum Betrieb der Farbkamera reicht, wir auf eine Schwarz-Weiß-Kamera mit zusätzlicher Infrarotbeleuchtung umgeschaltet.

Als SW-Kamera wird eine Platinenkamera von Conrad eingesetzt, welche mit einer Chipgröße von 8,47 mm und 6 mm Linse Auflösung eine optische Pixel Auflösung von 512 x 582 Bildpunkten bietet.

SW-Kamera
SW-Kamera

Technische Daten zur Kamera:
  • Betriebsspannung: 12 V/DC
  • Stromaufnahme: 250 mA
  • Auflösung (Linien): 380 Zeilen
  • Optische Auflösung: 512 x 582 Pixel
  • Lichtempfindlichkeit: 0,01 lx
  • Blendeneinstellung: Ja
  • IR-Zusatzlicht: Ja
  • Integrierter Optischer Zoom: Nein
  • Integriertes Mikrofon: Ja
  • Ausführung: 8,47 mm CCD S/W-Kamera mit 6 mm Linse
  • Loch-Abstand: 34 x 51 oder 34 x 34 mm
  • Abm. (L x B x H): 55 x 38 x 25 mm
  • Automatischer Weißabgleich
  • Für direkten Anschluss an TV oder Monitor
  • Inkl. Anschlussbuchsen für Cinch und Power


Kamerabelegung
Kamerabelegung

Anschluss der Kamera
Anschluss der Kamera (Grafik von Stefan Bion)


Die SW-Kamera verfügt über eine IR-Hintergrundbeleuchtung welche hinzugeschaltet werden soll, wenn das einfallende Tageslicht nicht mehr ausreicht. Standardmäßig ist jedoch die Hintergrundbeleuchtung aktiv, sobald die Kamera mit Spannung versorgt wird.
Analysen der HW zeigen jedoch, dass die IR-LED’s alle in Reihe geschaltet und direkt mit VCC und GND und damit mit der Versorgungsspannung der Kamera verbunden sind. Durch eine Modifikation der Kamera bei welcher das letzte LED-Beinchen welches mit GND verbunden ist durchtrennt wird, kann die Beleuchtung geschaltet werden. Als Schalter wir ein FET eingesetzt. Siehe hierzu das Kapitel Hintergrundbeleuchtung weiter unten in dieser Beschreibung.

Das folgende Schaltbild zeigt die originale Beschaltung wie den kleinen chirurgischen Eingriff bei dem der LED-Anschluss schaltbar gemacht wird.

Schaltbare IR-Hintergrundbeleuchtung
Schaltbare IR-Hintergrundbeleuchtung

Umbau der IR-LEDs
Umbau der IR-LEDs

Das Bild rechts zeigt den Umbau der Kamera mit durchtrennter Masse-Verbindung der IR-Beleuchtung zum Anschluss an die Steuerung.


Bei der Projektumsetzung BirdView werden im Nistkasten nur die Kameras mit ihren Spannungsversorgungen untergebracht. Der Videomultiplexer befindet sich in der zentralen Steuereinheit.
Die Kameras liefern das Videosignal als Video Composite Signal. Dabei handelt es sich um ein analoges, unmoduliertes TV-Bildsignals im Basisband (BAS oder FBAS).

Um eine störungsfreie Übertragung vom Nistkasten zum Videomultiplexer in der Zentralsteuereinheit zu erreichen werden wie in Rundfunk und Fernsehanstalten üblich hochwertige BNC-Verbindungen mit 75 Ω Wellenwiderstand für Composite Video eingesetzt.


Nistkastenelektronik: Farb-Kamera

Als Farbkamera wird die Wide Dynamic Range Camera BSC 8W von Reichelt Elektronik eingesetzt.
Farb-Kamera
Farb-Kamera

Technische Daten zur Kamera:
  • Chipgröße 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
  • Maße 36,5 mm (B), 36,5mm (H) ohne Objektiv

Dabei scheint die Stromangabe bei der Spannungsversorgung mit 0,9A von Reichelt falsch zu sein. Es wird daher von einer Stromaufnahme von 90 mA gemäß Herstellerdatenblatt ausgegangen!


Inbetriebnahme der Kameras und First Light

Für die Inbetriebnahme des Nistkastens 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 zeigt die Beschaltung des Adapters:

Adapter für Inbetriebnahme
Adapter für Inbetriebnahme

Bilder der Adapterplatine:
Adapterplatine für Inbetriebnahme 15V Netzteil mit Adapter
Adapterplatine für Inbetriebnahme 15V Netzteil mit Adapter


Wenn man in der Astronomie ein neues Teleskop angeschafft und aufgebaut hat und erstmalig durch das Instrument blickt und ggf. sogar die erste Astroaufnahme gemacht hat, wird das als "First Light" bezeichnet.

Eng mit der Astronomie verbunden möchte ich diese Tradition auch in diesem Projekt fortsetzen und die ersten zwei Bilder der SW-Kamera 1 und der Farbkamera 2 dokumentieren. Die Kameras sind noch nicht justiert und auch die Schärfe und die Einstellungen sind noch nicht auf endgültigem Stand. First Light halt.

First Light SW-Kamera 1 First Light SW-Kamera 2
First Light SW-Kamera 1 First Light SW-Kamera 2


Zentralsteuerung: Mikrocontroller ATMEGA32 16MHz

Pinout des ATmega32
Pinout des ATmega32



Im BirdView Zentralsteuermodul wird der Mikrokontroller ATmega32 von ATMEL mit einem externen Quarz 16 MHz eingesetzt.
Im Folgenden wird die Ressourcenzuordnung der Einzelfunktionen auf die PIN's des ATmega32 dargestellt:

Ressourcenzuordnung ATmega32
Ressourcenzuordnung ATmega32


Zur In-System-Programmierung wird die ATMEL ISP-Schnittstelle in der 6 PIN-Variante umgesetzt.
Die Programmierung im Projekt erfolgt direkt über BASCOM mit Hilfe des AVRISP mkII von ATMEL welcher über USB mit dem Entwicklungsrechner verbunden ist.

ISP connection Pinout
ISP connection Pinout

ISP Programmierer AVRISPmkII
ISP Programmierer AVRISP mkII


Nun widmen wir uns noch der Basis-Gesamtbeschaltung des ATmega32.
Die im folgenden dargestellte Schaltung bildet die Basisbeschaltung des AVR RISC Controllers.

Zum Einsatz kommt für den ATmega32 ein externer Quarz mit 16.000.000 Hz (16 MHz).
Weiter ist im Schaltplan der Anschluss eines externen RESET-Tasters S4 vorgesehen. Damit besteht die Möglichkeit das Target jederzeit von extern durch einen RESET zu jagen.

Bei einem ATmega32 können die Leitungen des ISP-Interface direkt an MISO und MOSI des Controllers angeschlossen werden.
Für die Beschaltung des ISP-Interfaces wird eine Entkopplungskondensator am Stecker vorgesehen der als solches auch nahe beim/am Stecker bestückt werden muss!

Für die Analog-Digital-Umsetzung mit dem ATmega wird der Eingang ADC0 des ATmega verwendet. Als Referenzspannung wird die Betriebsspannung des ATmega VCC auf Pin AVCC verwendet. Der externe Referenzspannungseingang AREF wird nicht verwendet. Da sich im Projekt einige störungsausstrahlende Komponenten befinden (z.B. IGBT-Steuerung für Dimmung) wird eine, spezielle im Datenblatt vorgeschlagene analoge Störsignalreduktion umgesetzt welche aus Spule L1 und Kondensator C21 besteht.

Die serielle Datenübertragung zum und vom ATmega wird mit einem seriellen Interface nach RS232 Standard mit einem Maxim MAX232 Baustein umgesetzt. Auf dem Board's für für die Zentralsteuerung wird der MAX232 jedoch nicht direkt platziert. Um Platz und Geld zu sparen wurden die notwendigen Signale für RxD und TxD nur über einen MA05x2 Pfostenstecker geroutet. Für die Verbindung der Board's zum PC gibt es dann einen kleinen Adapter auf dem sich der MAX232 befindet.

Die Verbindung zum PC wird im Projekt nur zur Ausgabe von Traces während der Entwicklungsphase benötigt.

Hier also wie angekündigt das Schaltbild zur Basisbeschaltung des ATmega32:

Basisbeschaltung des ATmega32
Basisbeschaltung des ATmega32


Um das Kapitel zum Mikrocontroller abzuschließen fehlt zum Schluss noch die Konfiguration für die Fuses. Einige Fuses weichen von den Standardeinstellungen ab. Die folgende Tabelle zeigt die Fuses und die notwendigen Settings im Detail.

AVR Fuse Konfiguration ATmega32
AVR Fuse Konfiguration ATmega32

Timersteuerung:

Die Timer im Gesamtsystem haben der Priorität nach der Reihenfolge 1. Timer0 (8-Bit-Timer), 2. Timer1 (16-Bit-Timer), 3. Timer2 (8-Bit-Timer)

Timer0:
Nicht verwendet!

Timer1:
Der Timer1 ist im ATmega168 der Timer mit der mittleren Priorität. Mit seiner Hilfe wird ein SW-Timer aufgebaut. Der Timer1 versorgt das Gesamtsystem mit einem 1-Sekunden-Timertick.

Timer2:
Der Timer2 wird für die PWM zur Helligkeitsdimmung der IR-Hintergrundbeleuchtung verwendet.



Zentralsteuerung: RS232 für Tracing und Debugging

RS232-Traceadapter
RS232-Traceadapter


Zum Tracen währende der Entwicklungsphase wurde ein USART-Interface auf den Modulen integriert. Zum Sparen von Platz und Budget wurde aber nicht auf allen der 9 Platinen ein eigener MAX232 zur Pegelanpassung und Kommunikation mit dem PC vewendet.

Es wird das 5V basierte USART Signal über einen Pfostenstecker nach außen geführt. Zur Verbindung mit dem PC wurde ein RS232-Traceadapter entwickelt dessen Schaltbild im Folgenden zu sehen ist:

RS232-Traceadapter
RS232-Traceadapter

Der Aufbau des RS232-Traceadapter erfolgte auf einer Lochraster-PCB.


Das folgende Bild zeigt die Position der ISP- und USART-Interfaces auf dem Board der Zentralsteuerung.

ISP- und USART-Interface
ISP- und USART-Interface


Zentralsteuerung: ISP Programmierinterface

ISP Programmierer AVRISPmkII geöffnet
ISP Programmierer AVRISP mkII
Für die Programmierung des Master- und Slave-Boards wird wie oben schon beschrieben die 6-Pin-ISP-Schnittstelle von ATMEL verwendet. Die Programmierung erfolgt direkt über den ATMEL AVRISP mkII Programmer aus BASCOM heraus.

An dieser Stelle einfach zur Vollständigkeit nochmals der AVRISP mkII, diesmal geöffnet und das zugehörige Originalpinning von ATMEL für die ISP-Schnittstelle

ATMEL ISP Pinnout
ATMEL ISP Pinnout


Die genaue Position des ISP-Anschlusses kann dem Schaubild über diesem Kapitel aus der Beschreibung des USART-Interface entnommen werden.


Zentralsteuerung: Ethernet Interface zur Anbindung der Steuerung an das Hausnetz

Microchip ENC28J60
Microchip ENC28J60
Die Zentralsteuerung von Birdview ist eine vollständig unabhängig arbeitende Ethernet-Platine welche mit dem Netzwerkcontroller ENC28J60 von Microchip bestückt ist.

Bei dem Ethernetcontroller handelt es sich um einen Stand-Alone Ethernet-Controller im DIP28 Gehäuse mit den folgenden Leistungsmerkmalen:

Pinout Microchip ENC28J60
Pinout Microchip ENC28J60
Technische Details:
  • Ethernet Controller 8 KB RAM
  • Übertragungsrate: 10Mbps
  • Anzahl der Ports: 1
  • Ethernettyp: IEEE 802.3
  • Schnittstellentyp: SPI
  • Strom, Versorgung: 180mA
  • Versorgungsspannungsbereich: 3.1V bis 3.6V
  • Betriebstemperaturbereich: 0°C bis +70°C
  • Digital-IC-Gehäusestil: SSOP
  • Pin, Anzahl der: 28
  • SVHC: No SVHC (19-Dec-2011)
  • Allgemeine IC Nummer: 28J60
  • Anschlussart: SMD
  • BKZ: ENC28J60/SS
  • Basisnummer: 60
  • Funktions-Nr.: 28
  • Gehäusetyp: SSOP
  • Interface Type: SPI
  • Min Betriebstemperatur: 0°C
  • Schnittstelle: Serial,SPI
  • Spannung, Ucc(V): 3.3V
  • Spannung, Versorgung max.: 3.6V
  • Spannung, Versorgung min.: 3.1V
  • Temperatur, Betriebs- max.: 70°C
  • Temperaturbereich, ICs: Kommerziell


Für den Anschluss des Ethernets mittels RJ45-Steckverbinder wird die folgende Western-Modularbuchse verwendet:

Systembus Terminator
Systembus Terminator
  Produktbeschreibung:

8-polige RJ45-Buchse mit 2 LED's und integriertem Impulsübertrager.
Abgewinkelt, geschirmt, 8 Pins belegt. Download verfügbar.

Western-Modularbuchse TRXCOM TRJ0011


Das folgende Schaltbild zeigt die minimalistische Standardbeschaltung es ENC28J60 wie sie auch im Projekt BirdView eingesetzt wird.

Beschaltung des Ethernetcontrollers ENC28J60
Beschaltung des Ethernetcontrollers ENC28J60



Zentralsteuerung: Schaltstufen für die Spannungsversorgungen der Kameras

Die Zentralsteuerung hat die Aufgabe, die +15V Spannungsversorgungen für die beiden Kameras +15V1 und +15V2 separat zu schalten. Die Kameras / Steuerung verfügen über eine gemeinsame Masse.

Für das Schalten der Spannungen werden P-Kanal MOSFET’s eingesetzt welche getrennt voneinander vom Atmega32 aus geschaltet werden können.
Die Schaltung des MOSFET erfolgt über einen BC 548 Vortransistor. Die Beschaltung sieht vor, ggf. PullDown-Widerstände einzusetzen welche aktuell aber mit 0Ω-Drahtbrücken bestückt werden.

P-MOSTFET Schaltstufe für +15V
P-MOSTFET Schaltstufe für +15V



Zentralsteuerung: Regelung der IR Hintergrundbeleuchtung durch PWM

Die IR-Hintergrundbeleuchtung der SW-Kamera kann mittels N-Kanal MOSFET-Schaltstufe und der vom ATmega erzeugten PWM in der Helligkeit eingestellt werden.

MOSFET PWM Schaltstufe der IR-Hintergrundbeleuchtung
MOSFET PWM Schaltstufe der IR-Hintergrundbeleuchtung


Die PWM wird softwareseitig im Controller so konfiguriert, dass keine Flimmer- und Flackereffekte bei den Kameras durch Aliasing-Effekte bedingt durch die Bildwiederholfrequenz auftreten können.

Der Quarz für den Prozessor arbeitet mit 16MHz, damit ergibt sich für die PWM-Frequenz folgender Wert:
Quarz = 16 MHz ; Prescaler = 32 ; Timer = 8 Bit ergibt: (16000000Hz/32) / (256*2) = 976,5625 Hz


Zentralsteuerung: Erfassung der Helligkeit im Nistkasten

Um die Helligkeit im Nistkasten zu messen wird ein LDR Fotowiderstand des folgenden Typs eingesetzt:

LDR
LDR
Beschreibung:

Fotowiderstände eignen sich für den Bau von Lichtschranken, Lichtrelais, Dämmerungsschalter, Zähleinrichtungen, Alarmanlagen, Lichtüberwachung o.ä.
R10 = bei 10 lux; R01/05 = Dunkelwiderstand (1s/5s)


Technische Daten:

Typ A 1060
Pmax 75 mW, Umax 200 V
R 01 150 kΩ
R 05 390 kΩ
R10 18,4 kΩ
Gehäuse TO 18
Maße LDR
Maße LDR

Technische Daten zum LDR Fotowiderstand
Technische Daten zum LDR Fotowiderstand


Der Fotowiderstand wird mittels einfachem Spannungsteiler beschaltet und mit dem ATmega32 verbunden. Gemessen wird dabei der Spannungsabfall gemäß folgendem Schaltbild:

Beschaltung LDR
Beschaltung LDR

Für die Dimensionierung der Spannungsteiler wurde mit folgenden Rahmenwerten gearbeitet:

a) Der LDR besitzt bei 100 LUX einen Widerstand von 3,80k Ohm
b) Der LDR besitzt bei 1 LUX einen Widerstand von 18,40k Ohm
c) Die Versorgungsspannung des Spannungsteilers beträgt +5V

Der Spannungsteiler soll so ausgelegt werden, dass im Arbeitsbereich des LDR von 3,8k bis 18,4k der größtmögliche Spannungsunterschied am Spannungsteiler auftritt. Daraus ergibt sich folgende Überlegung/Rechnung:

Berechnung Widerstände im Spannunsgteiler
Berechnung Widerstände im Spannunsgteiler

Mit dieser Rechnung wird der Widerstandswert für R2 mit 8450Ohm festgelegt. Bei viel Licht erfolgt viel Spannungsabfall an R2 und damit eine hohe Spannung für den ADC0 Eingang des ATmegas und vice versa.


Messungsergebnisse:

Mit einem Prototyp wurden erste Messungen mit dem LDR durchgeführt. Das folgende Diagramm zeigt die dabei entstandenen Messwerte.

Messwerte der LDR Helligkeitsmessung
Messwerte der LDR Helligkeitsmessung


Zentralsteuerung: Relaisstufe für externen Verbraucher

Um die Möglichkeit zu besitzen ggf. die Spannungsversorgung eines Videograbbers zu steuern wird auf der Platine der Zentralsteuerung eine Relaisstufe implementiert welche das Schalten der Netzspannungs von 230V˜ ermöglicht.

Finder Relais
Finder Relais
Beschreibung:

Steck-/Printrelais, 1x UM, 250V/10A, 5V, RM3,2
Firma finder

Typ: 43.41
Raster: 5 mm
1 Wechsler mit 10A

Steuerungsrelais
Steuerungsrelais

Beschreibung des Relais im Datenblatt
Beschreibung des Relais im Datenblatt


Die Stromaufnahme der Relais bei einer Schaltspannung von 5V DC beträgt bei einem Innenwiderstand von 110 Ohm ca. 45 mA.
Die Ansteuerung des Relais erfolgt mittels Darlington-Stufe ULN2003AN. Der ULN2003 ist ein Darlington-Array mit Open-Kollektor-Anschlüssen welche nach GND schalten und mit bis zu 500mA pro Kanal belastet werden können.

ULN2003
ULN2003
Das Schaltbild links zeigt den Aufbau des ULN2003

Die Beschaltung der Relaisstufe mittels ULN2003 kann gemäß folgendem Schaltbild erfolgen:

Beschaltung Relaisstufe
Beschaltung Relaisstufe


Zentralsteuerung: Anzeige der Betriebszuständer durch LED's

Auf der Zentralsteuerung werden eine Reihe LED’s eingesetzt welche den Status des Systems und einzelner Systemkomponenten zeigen. Dies sind im Einzelnen:

LED’s für Statusmeldungen
LED’s für Statusmeldungen


Zentralsteuerung: Tasten zur Steuerung der wichtigsten Funktionen Vorort

Um die Zentralsteuerung mit gewissen Einschränkungen auch direkt bedienen zu können wurden drei Taster im Design aufgenommen.

  • Mit der Taste 1 kann die Hintergrundbeleuchtung ein- und ausgeschaltet werden. Der Betriebszustand wird über LED angezeigt.
  • Mit der Taste 2 wir von Kamera 1 auf Kamera 2 und vice versa umgeschaltet. Die Umschaltung erfolgt zeitlich gesteuert. Zuerst werden die entsprechenden Spannungen eingeschaltet damit die Kameras starten. Nach 5 Sekunden wir die Quelle umgeschaltet und die nicht benötigte Kamera abgeschaltet. Die Umschaltung und der Zustand ist an den LED's für die Spannungsversorgung und die Videoquelle zu erkennen.
  • Mit der Taste 3 wird der Betriebsmodus umgeschaltet. Eine blinkende LED zeigt Timerbetrieb, eine konstant leuchtende LED zeigt Lichtbetrieb und wenn die LED aus ist befindet sich die Steuerung im manuellen Betrieb.

Das folgende Schaltbild zeigt die Beschaltung der Tasten:

Schaltplan der Tasten zur direkten Bedienung
Schaltplan der Tasten zur direkten Bedienung


Zentralsteuerung: 2:1 Multiplexer für die Videosignale von CAM1 und CAM2

Der Videomultiplexer
Der Videomultiplexer
Wie in vorangegangenen Kapiteln schon beschrieben werden zwei verschiedene Kamareas im Projekt BirdView eingesetzt welche unabhängig voneinander ein Composit Video Signal liefern können.
Für die Übertragung ins Internet wo ein Livestream und/oder SnapShot-Bilder bereitgestellt werden soll wird ein Videoserver bzw. FrameGrabber eingesetzt welcher aber aus Kostengründen nur einen Composit-Eingang besitzt. Außerdem soll die Videoquelle von der Zentralsteuerung aus geschaltet werden können.

Aus diesem Grund wird auf der Platine ein Videomultiplexer implementiert welcher mittels einfachem Relais die Umschaltung der Videoquellen vornimmt. Es war ursprüngliche geplant den Videomultiplexer mit einem MAX4113 Baustein durchzuführen. Dessen Inbetriebnahme scheiterte jedoch in jeglicher Form und daher wurde auf das Relais zurückgegriffen. Die Versuche und Schaltungen zum MAX4113 befinden sich noch in der Gesamtdokumentation welche im Downloadbereich unten zu finden ist detailliert beschrieben. Ich verzichte hier aber an dieser Stelle auf weitere Ausführungen zum MAX4113.
Die Beschaltung des Videomultiplexer erfolgt gemäß folgendem Schaltbild:

Beschaltung Videomultiplexer mit Relaisstufe
Beschaltung Videomultiplexer mit Relaisstufe


Anmerkung: In den Schematics welche ebenfalls zum Download bereitgestellt sind ist das Design bereits auf das Relais angepasst. Das obige Umsetzungsbild zeigt jedoch noch den Prototyp mit dem Relaisadapter.


Zentralsteuerung: Gehäuse

Die Zentralsteuerung wird in dem Gehäuse MNX Enclosure ABS 150/60 HT von RS-Components mit folgenden Eigenschaften eingebaut:

Gehäuse
Gehäuse
Eigenschaften:

Abdeckung Durchsichtiger Rauchglasdeckel
Brandverhalten UL 94-HB
Breite außen 130mm
Gehäusefarbe Grau RAL 7035
Höhe außen 60mm
Länge außen 180mm
Schutzart IP 66 / IP 67


Gehäusebemaßung
Gehäuseabmessung


IT: Switch

Ethernet Switch
Ethernet Switch
Wie den Beschreibungen und Blockschaltbildern zu entnehmen ist, arbeitet die Anlage mit einem Ethernet-Netzwerk über welches sie gesteuert und kontrolliert werden kann.
Darüber hinaus wir ein VideoServer oder IP-Framegrabber eingesetzt welcher das Videosignal der Kameras in SnapShot-Bilder oder einen Internet fähigen Live-Stream umsetzt. Auch diese Komponenten benötigen ein Netzwerk.

Da am Einsatzort der Steuerung nur ein LAN-Anschluss zur Verfügung steht, wir ein Ethernet-Switch benötigt um alle Komponenten anzuschließen und zu betreiben.
In meiner Schublade lag noch ein Ethernet 8-Port Switch Gigabit 10/100/1000 Mb DGS-1008D der D-Link welcher hier zum Einsatz kommt und die Netzwerkkomponente bereitstellt.


IT: Videoserver / Framegrabber

Videoserver
Videoserver
Stefan Bion hat auf siner Homepage einen sehr ausführlichen Bericht über verschiedenste Videoserver und Framegrabber mit denen er im Lauf der letzten Jahre experimentierte und mit welche er Erfolge und Misserfolge zu verzeichnen hatte.
Zu erreichen ist der Beitrag unter Nistkasten-Kamera - Erörterung verschiedener Möglichkeiten zur Einrichtung einer Webcam
Mit Stand von heute 16.09.2012 wo ich an diesem Beitrag schreibe hat sich noch kein Vögelchen im Nistkasten eingefunden. Das ist mit ein Grund, warum ich noch nicht weiter in eine vernünftige Videoserver-Infrastruktur investiert habe.

Um aber dennoch einen Blick in den Nistkasten werfen zu können, die Daten extern anzubinden und die Homepage fertig machen zu können habe ich den nicht besonders tollen und auch von Stefan nicht sonderliche gelobten Grand IP Videoserver in Betrieb genommen.
Der Videoserver war für nur 50,00 Euro im Abverkauf bei Conrad zu bekommen. Damit gehe ich zunächst in den Testberieb und wenn der Nistkasten dann bezogen ist und ich weiss dass er von den Vögeln angenommen wird dann investiere ich in ein besseres Produkt.

Bis dahin bleibt es aber erst mal Spannend. Updates gibt es dann hier an dieser Stelle zum Thema Videoserver.

2-be-continued ......


PC Software: BirdView PC

Die BirdView Zentralsteuerung ist über RS232 und Ethernet mittels TCP-Protokoll steuerbar. Um den Komfort der Steuerung zu erhöhen und als Mittel zum Zweck (ich wollte mal wieder in die PC-Programmierung einsteigen) wurde ein PC-Programm BirdView mit Installationsprogramm entwickelt welches es ermöglicht die Zentralsteuerung zu bedienen.

Dem PC-Programm liegen alle Steuerfunktionen zugrunde welche auch über RS232 und TCP erreicht werden können (z.B. Mittels Putty RAW-Verbindung).

BirdView 1.00
BirdView 1.00

Die BirdView-SW wurde mit Visual C++ 2010 aus dem Visual Studio 2010 Professional erstellt. Es handelt sich dabei um eine Windows-Form-Applikation unter Zuhilfenahme des .NET-Frameworks.

Im folgenden sind zwei Screen-Shots des Programms abgebildet:

Die BirdView Applikation für den PC
Die BirdView Applikation für den PC

BirdView Über
BirdView Über


Kommunikationseinstellungen und Verbindungsaufbau:
Die IP-Adresse und die TCP-Port-Adresse der BirdView Zentralsteuerung mit der eine Verbindung hergestellt wird. Soll die IP geändert werden, so muss hier erst die aktuelle IP angegeben werden, um eine Verbindung herstellen zu können. Wenn die Verbindung besteht, können in der Gruppe IP-Settings neue Kommunikationsparameter eingestellt werden.

Connect / Disconnect:
Stellt eine Verbindung mit der BirdView Zentralsteuerung her oder trennt diese. Als Verbindungsparameter wird die IPAdresse und die TCP-Portnummer welche unter 1. angegeben ist, verwendet. Zusätzlich ist farblich der aktuelle Zustand der Verbindung erkennbar.
Ist das PC-Programm nicht mit der Zentralsteuerung verbunden so sind alle weiteren Steuerfunktionen und Statuselemente deaktiviert.
Besteht eine TCP-Verbindung zur Zentralsteuerung so werden die Betriebsdaten und Stati automatisch alle 30 Sekunden aktualisiert.

Reset / Info / Beenden:
Beenden/Quit beendet das Programm und schließt ggf. eine bestehende TCP-Verbindung.
Reset sendet via UDP an die eingestellte IP-Adresse und Portnummer ein Broadcast-Reset-Kommando. Dies kann dazu dienen eine nicht mehr reagierende Steuerung neu zu starten oder durch einen Neustart die neuen IP-Settings wirksam zu schalten. Dies funktioniert aber nur wenn die Steuerung noch auf Ethernetkommunikation reagiert.
Info ruft den oben dargestellten Über-Dialog auf der einige Informationen zum Steuerprogramm liefert und auch die Möglichkeit bietet den Windows DeviceManager und die Windows Systeminformation aufzurufen.

IP-Settings
Hier können alle Einstellungen welche zur TCP- und UDP-Kommunikation mit der Zentralsteuerung dienen verändert und an die Zentralsteuerung übertragen werden. Die neuen Einstellungen werden in der Zentralsteuerung erst nach einem Reset / Neustart aktiv.
Über die SET-Buttons werden die Werte in den jeweiligen Dialogfeldern direkt an die Zentralsteuerung ge-sendet. War die Kommunikation erfolgreich blinkt der Button kurz grün andernfalls rot.
Sollte in der Konsole das Logging aktiv sein so wird die Kommunikation im Konsolen-Fenster aufgezeichnet.

Konsole
In diesem Bereich können gültige Kommandos der Zentralsteuerung direkt eingegeben und gesendet werden. Das Sendekommando wird Blau, die Antwort in Grün dargestellt. Fehlermeldungen erfolgen in Rot.
Send sendet den Befehl an die Zentralsteuerung. Clear löscht das Konsolenfenster und mit Print kann der In-halt an einem Drucker ausgegeben werden.
Ist LOG aktiv so wird die gesamte Kommunikation, auch die im Hintergrund ablaufende Kommunikation zum Statusupdate und die Bedienung der Dialogfelder inkl. SET-Buttons in der Konsole protokolliert.

Steuerung und Bedienung
Hier können alle Betriebsdaten und Modi der Zentralsteuerung welche mit der Funktionalen Seite zusammen-hängen verändert werden.
Über die SET-Buttons werden die Werte in den jeweiligen Dialogfeldern direkt an die Zentralsteuerung ge-sendet. War die Kommunikation erfolgreich blinkt der Button kurz grün andernfalls rot.
Sollte in der Konsole das Logging aktiv sein so wird die Kommunikation im Konsolen-Fenster aufgezeichnet.
Bei Fehlern werden u.a. auch MessageBoxen mit entsprechenden Fehlermeldungen angezeigt.

Systemstatus
Im Systemstatus können keine Werte verändert werden. Er dient einzig zur Anzeige aller Betriebsparameter der Steuerung und wird alle 30 Sekunden automatisch upgedated.
Mit dem Update-Button kann ein manueller Update ausgelöst werden.


Software: Kommunikationsprotokoll

Alle Kommandos können entweder als TCP/IP Daten an die Zentralsteuerung, Port 5000, übertragen werden oder in einer Terminalsitzung direkt eingegeben werden. Die Verwendung, der Aufbau und auch die zu erwartenden Antworten sind bei beiden Verbindungsmöglichkeiten identisch. Bestätigungs-, Fehlermeldungen und Antworten werden über die gleiche Art der Verbindung zurückgegeben.

Bei einem <CR><LF> ohne Befehlt oder Parameter gibt die Zentralsteuerung die StartUp-Sequence bestehend aus Namen, aktueller IP und eventuellen Zusatzinformationen aus.

Die folgende Tabelle zeigt alle möglichen Kommandos welche eingegeben werden können. Dabei spiel es keine Rolle ob die Buchstaben in Kleinschreibweise oder Großschreibweise eingegeben werden.


BirdView Befehle
BirdView Befehle


Software: Bedienung mit Putty

Allgemeines zum Protokoll:

Für die Bedienung der Zentralsteuerung wurde ein Kommunikationprotokoll definiert. Allgemein gültig arbeitet das Protokoll nach den folgenden Regeln:

Allgemeines zum Protokoll
Allgemeines zum Protokoll

Sonderkommando für BirdView-PC-Applikation:

Unabhängig von den erklärten und beschriebenen Kommandos zur Steuerung der Zentralsteuerung welche über RS232-Konsole oder TCP-Konsole erreichbar sind wurde ein zusätzlicher Spezialbefehl XSTATUS implementiert welche nur via TCP-Protokoll erreichbar ist und welcher es ermöglicht schnell alle Informationen der Zentralsteuerung abzufragen und welche auf zusätzliche Textinformationen verzichtet.

Der Befehl dient speziell zur Anbindung der Zentralsteuerung an das BirdView-PC-Steuerprogramm und liefert den folgenden Output:

Spezialbefehlt XSTATUS
Spezialbefehlt XSTATUS


Netzwerkstandardkonfiguration:

Die folgende Netzwerkstandardkonfiguration wird direkt nach dem Programmieren eines jungfräulichen ATmegas via Default verwendet:

IP-Adresse:192.168.2.70
 
Subnetzmaske:255.255.255.0
Gateway:192.168.2.1
TCP/IP-Port:5000
 
MAC-Adresse Steuerung:00:BD:3B:33:05:71
MAC-Adresse Router:84:A8:E4:9B:31:D5
 
NTP-Server:192.53.103.108 (ptbtime1.ptb.de)

Über diese Werte ist es auch möglich via Putty die Kommunikation zur Zentralsteuerung aufzubauen.


Terminaleinstellungen:

Soll die Kommunikation zur Zentralsteuerung seriell aufgebaut werden dann sind die folgenden Kommunikationsparameter im Putty einzustellen:

Baudrate:38400
Datenbits:8
Parität:keine
Stopbits:1
Flusssteuerung:keine


Putty:

Die Kommandos zur Bedienung können sowohl als TCP-Anfrage als auch während einer direkten Terminalverbindung verwendet werden. Jede Anfrage muss mit einem "<CR><LF>" abgeschlossen werden (das übernimmt in der Regel Putty), als auch jede Antwort der Zentralsteuerung mit einem "<CR><LF>" terminiert wird. Eine direkte Terminalverbindung kann z.B. mit Hilfe eines seriellen Verbindungskabels und dem freien Programm PuTTY ( http://www.putty.org ) hergestellt werden.

Putty-Einstellungen Seriell Putty-Einstellungen TCP
Putty-Einstellungen Seriell Putty-Einstellungen TCP


Für den Fall, dass sich die Steuerung mittels Putty über TCP nicht mehr ansprechen lässt wurde eine UDP-Notfunktion umgesetzt. Wird via UDPProtokoll der String „reboot“ auf die eingestellt IP-Adresse und den ent-sprechenden Port gesendet so führt die Steuerung einen Reset durch.
Als Tool zum Senden des UDP-Kommandos kann z.B. EasyTCP/IP verwendet werden, welches bei BASCOM mit dabei ist und mit dem TCP- und UDP-Kommandos versendet werden können:

Easy-TCP für UDP Befehle
Easy-TCP für UDP Befehle


Software: Persistente Daten

Im Projekt BirdView gibt es eine Definition an Datenstrukturen wie sie im internen EEPROM des ATmegas abgelegt werde. In den Datenstrukturen werden Betriebsparameter und Einstellungen persistent gespeichert damit bei Stromausfall oder Neustart oder Reset mit den eingestellten Betriebsparametern weitergearbeitet werden kann.

Die folgende Tabelle zeigt alle im EEPROM persistent gespeicherten Daten, Ihre Bedeutung und Ihren Speicherplatz:

Persistente Daten
Persistente Daten


Stücklisten

Die folgenden Teile und Baugruppen wurden für die Zentralsteuerung von BirdView verarbeitet:

Stückliste für die BirdView Zentralsteuerung
Menge Bauteile Beschreibung Lieferant Bestellnummer Maße Preis
2 X6,X8 Anschlussklemme 2-polig AKL175-02 Reichelt Electronic AKL 175-02 RM7,5mm, Lift 1,08 €
1 X3 Anschlussklemme 3-polig AKL175-03 Reichelt Electronic AKL 175-03 RM7,5mm, Lift 0,81 €
1 Q1 Standardquarz 16 MHz, Grundton Reichelt Electronic 16,0000-HC49U-S -- 0,17 €
1 Q2 Standardquarz 25 MHz, 3. Oberton Reichelt Electronic 25,0000-HC49U-S -- 0,20 €
1 K1 Steck-/Printrelais, 1x UM, 250V/10A, 5V Reichelt Electronic FIN 43.41.7 5V RM3,2 1,75 €
1 K2 PCB SIGNAL RELAIS G5V-2-H1 5DC Conrad Electronic 503881-62 -- 3,56 €
1 X1 Cincheinbaubuchse, PCB, gewinkelt, sc Reichelt Elektronik LUM WBTOR1 SW -- 0,74 €
1 SV1 Wannenstecker, 2x3-polig ISP6 Pollin 94-451166 RM2,54 0,25 €
1 SV2 Wannenstecker, 2x5-polig RS232 Pollin 94-451168 RM2,54 0,19 €
1 JP1 Jumper JP1E (Jumper (36pol. Stiftleiste, gerade)) Reichelt Elektronik SL 1X36G 2,54 RM 2,54 0,14 €
3 X4, X5, X7 BNC-Printeinbaubuchse, gewinkelt, 75 Ohm Reichelt Elektronik UG 1094W2 -- 4,41 €
1 S1 Kurzhubtaster 6x6mm, 12V, vertikal, MJTP1230 Reichelt Elektronik TASTER 3301 Höhe: 4,3mm 0,10 €
1 X2 D-SUB-Buchse, 9-polig, gewinkelt Reichelt Elektronik D-SUB BU 09EU RM 9,4 0,29 €
1 JACK Modularbuchse, 8P8C, geschirmt (MagJack) Pollin 94-450001 RJ45 1,95 €
3 S2, S3, S4 Kurzhubtaster 6,6x7,4mm, 12V, 31-XX Reichelt Elektronik TASTER 3305D Höhe:11,85mm 0,39 €
3 R14, R20, R38 Metallschichtwiderstand 1k Reichelt Elektronik METALL 1,00K 0,6W 0,147 €
8 R2, R25, R28, R32, R33, R34, R35, R36 Metallschichtwiderstand 1k5 Reichelt Elektronik METALL 1,50K 0,6W 0,392 €
1 R13 2k2 Metallschichtwiderstand Reichelt Elektronik METALL 2,20K 0,6W 0,049 €
1 R8 Metallschichtwiderstand 3k3 Reichelt Elektronik METALL 3,30K 0,6W 0,049 €
1 R5 Metallschichtwiderstand 4k7 Reichelt Elektronik METALL 4,70K 0,6W 0,049 €
2 R18, R24 Metallschichtwiderstand 6k5 Reichelt Elektronik METALL 6,49K 0,6W 0,098 €
7 R19, R27, R29, R30, R31 Metallschichtwiderstand 10k Reichelt Elektronik METALL 10,0K 0,6W 0,44 €
2 R15, R21 Metallschichtwiderstand 100R Reichelt Elektronik METALL 100 0,6W 0,049 €
2 R6, R7 Metallschichtwiderstand 220R Reichelt Elektronik METALL 220 0,6W 0,098 €
1 R26 Metallschichtwiderstand 250R Reichelt Elektronik METALL 249 0,6W 0,049 €
1 R1 Metallschichtwiderstand 270R Reichelt Elektronik METALL 270 0,6W 0,049 €
2 R3, R39 Metallschichtwiderstand 470R Reichelt Elektronik METALL 470 0,6W 0,098 €
1 R4 Metallschichtwiderstand 698R Reichelt Elektronik METALL 698 0,6W 0,049 €
1 R37 Metallschichtwiderstand 8450R Reichelt Elektronik METALL 8,45K 0,6W 0,049 €
2 R16, R22 Metallschichtwiderstand 22k Reichelt Elektronik METALL 22,0K 0,6W 0,098 €
4 R9, R10, R11, R12 Metallschichtwiderstand 51R Reichelt Elektronik METALL 51,0 0,6W 0,196 €
3 D2, D3, D4 1N4148 Planar Epitaxial Schaltdiode, DO35, 100V, 0,15A Reichelt Elektronik 1N 4148 -- 0,04 €
1 D1 1N5821 Schottky; DO-201AD; 0.50 V (Max.)Forward; 30V Vpk Reverse RS Components 652-7422 -- 0,201 €
6 LED1, LED2, LED3, LED4, LED6, LED11 3mm LC grün LED Reichelt Elektronik LED 3MM 2MA GN 3mm 0,35 €
2 LED7, LED12 3mm LC gelb LED Reichelt Elektronik LED 3MM 2MA GN 3mm 0,42 €
4 LED5, LED8, LED9, LED10 3mm LC rot LED Reichelt Elektronik LED 3MM 2MA GN 3mm 0,80 €
2 C11, C12 Kondensator 10nF Reichelt Elektronik KERKO 10N -- 0,12 €
4 C5, C6, C14, C15 Kondensator 22pF Reichelt Elektronik KERKO 22P -- 0,164 €
1 C9 Kondensator 47nF Reichelt Elektronik KERKO 47N -- 0,07 €
5 C2, C7, C8, C10, C16 Kondensator 100nF Reichelt Elektronik KERKO 100N -- 0,432 €
3 C1, C4, C13 100µF / 35V Elektrolytkondensator Reichelt Elektronik RAD 100/35 8x11mm, RM 3,5mm 0,12 €
1 C3 1000µF Elko radial, 105°C, low ESR Reichelt Elektronik RAD FC 1.000/35 RM 5,0mm 0,56 €
1 L1 100µH SMD-Power-Induktivität, PIS4728, Ferrit Reichelt Elektronik L-PIS4728 100µ -- 0,99 €
2 L2, L3 10µH Festinduktivität, axial, MICC, Ferrit Reichelt Elektronik L-MICC 10µ -- 0,38 €
1 T2 BC337 Transistor NPN TO-92 45V 0,5A 0,625W Reichelt Elektronik BC 337A -- 0,05 €
2 Q4, Q6 BC548 Transistor NPN TO-92 30V 0,1A 0,5W Reichelt Elektronik BC 548B -- 0,08 €
1 IC3 Ethernet-Controller ENC28J60SP Reichelt Elektronik ENC 28J60-I/SP DIP-28 2,95 €
2 Q3, Q5 P-Kanal MOSFET Transistor IRF5305PBF RS Components 5411736 TO220 3,66 €
1 T1 IRLUIRLU2905 N-Kanal MOSFET Reichelt Elektronik IRLU 2905 -- 0,67 €
1 IC1 LM317 Spannungsregler Reichelt Elektronik LM 317-220 TO220 0,25 €
1 U1 LM2576T-5 Spannungsregler (P 3596L-5,0) Reichelt Elektronik LM 2576 T5,0 TO-220-5 1,20 €
1 IC2 MEGA32-P ATMega AVR-RISC-Controller Reichelt Elektronik ATMEGA 32-16 DIP DIL-40 3,90 €
1 IC4 ULN2003AN Darlington-Treiber Reichelt Elektronik ULN 2003A DIL-16 0,31 €
4 -- Aufsteckkühlkörper für Gehäuse TO-220 Reichelt Elektronik V FI342 -- 3,96 €
1 -- IC-Sockel, 40-polig, superflach, gedreht, vergold. Reichelt Elektronik GS 40P -- 0,55 €
1 -- IC-Sockel, 28-polig, superflach, gedreht, vergold. Reichelt Elektronik GS 28P-S -- 0,42 €
1 -- IC-Sockel 16-polig Reichelt Elektronik IC-Sockel, 16-polig, superflach, gedreht, vergold. GS 16P 0,22 €
1 -- Gehäuse Box MNX ABS RS Components 4984564 -- 20,55 €
12 -- Abstandhalter für 3mm LEDs Reichelt Elektronik MEN 2818.3045 Länge 5,0 2,16 €
2 R17, R23 Drahtbrücken mit 0Ω -- -- -- 0,00 €
Stückliste für die BirdView Zentralsteuerung



Stückliste für sonstiges Material
Menge Bauteile Beschreibung Lieferant Bestellnummer Maße Preis
1 -- DIN-Netzgerät 12 - 15 V/DC/2.5 A 30 W Conrad Electronic 512933-62 -- 35,41 €
1 -- Conrad Platinenkamera SW 512x582 Conrad Electronic 190800-62 -- 39,95 €
1 -- BSC 8W Wide Dynamic Range Kamera Reichelt Elektronik BSC 8W -- 115,00 €
20 -- Koaxiale HF-Leitungen 75 Ohm RG 59/U Bürklin 96 F 756 -- 42,00 €
4 -- BNC-Kabelstecker Crimp G41 Bürklin 78 F 2135 -- 8,08 €
Stückliste für sonstiges Material



Stückliste für die RS232-Adapter
Menge Bauteile Beschreibung Lieferant Bestellnummer Maße Preis
5 C1, C2, C3, C4, C5 Elektrolytkondensator 1µF / 63V Reichelt Elektronik RAD 1/63 5x11mm, RM 2,0mm 0,200 €
1 IC1 RS232-Driver Reichelt Elektronik MAX 232 CPE DIL-16 0,410 €
1 SV1 MA05-2 für RS232 Reichelt Elektronik SL 2X50G 2,54 RM2,54 0,700 €
1 X1 D-SUB-Buchse, 9-polig, gewinkelt Reichelt Elektronik D-SUB BU 09GW RM 9,4 0,530 €
1 -- Laborkarte, Hartpapier Reichelt Elektronik UP 931HP 160 x 100 mm 2,700 €
2 -- Pfostenbuchse, 14-polig, mit Zugentlastung Reichelt Elektronik PFL 14 RM2,54 0,240 €
1 -- Flachbandkabel AWG28, 9-pol., grau, 10m-Ring Reichelt Elektronik AWG 28-09G 10M 10 m 7,650 €
1 -- IC-Sockel, 16-polig, superflach, gedreht, vergold. Reichelt Elektronik GS 16P DIL-16 0,290 €
Stückliste für die RS232-Adapter


Hinweis: Bestellnummern und Preise beziehen sich auf den Zeitpunkt der Projektumsetzung Sommer 2012 und können abweichen!!


Schaltpläne

Der Schaltplan zum Projekt BirdView liegt für die Zentralsteuerung als Eagle-SCH-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei der Schaltplan als PDF-Dateien. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Schematic für die Zentralsteuerung
Schematic für die Zentralsteuerung


Bestückpläne

Der Bestückplan zu diesem Projekt liegen als Eagle-BRD-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei der Bestückplan als PDF-Dateien. Die PDF-Datei ist ein zusammengefasster Bestückplan inklusive Layoutansichten in einem Dokumente. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Bestückung für die Zentralsteuerung
Bestückung für die Zentralsteuerung


PCB's

Die Board-Daten zu diesem Projekt liegen als Eagle-BRD-Dateien vor und befinden sich weiter unten im Bereich Dokumente aufgelistet. Für alle welche kein Eagle besitzen anbei die Bilder zum Layout als PDF-Dateien. Die PDF-Dateien sind zusammengefasste Bestückpläne und Layoutansichten in einem Dokumente. Die PDF's befinden sich hier unter den jeweiligen Links zum Download.

Layout für die Zentralsteuerung
Layout für die Zentralsteuerung

Die fertige Platine der Zentralsteuerung Die fertige bestückte Platine
Die fertige Platine der Zentralsteuerung Die fertige bestückte Platine


Software

Die Software für die BirdView Zentralsteuerung wurde in BASCOM-AVR, einem Basic Compiler der Firma MCS-Electronics erstellt und hier zum Download zu verlinken!

BASCOM-AVR Sourcecode zu BirdView BASCOM-AVR Sourcecode zu BirdView Include-File für Ethernetcontroller Include-File für Ethernetcontroller
BIN-File zu BirdView BIN-File zu BirdView HEX-File zu BirdView HEX-File zu BirdView
BirdView Sourcecode als RTF-File BirdView Sourcecode als RTF-File Include-File für Ethernetcontroller als RTF-File Include-File für Ethernetcontroller


Dokumentation und Daten

An dieser Stelle befinden sich die Dokumente zur Entwicklung. Speziell befinden sich hier die jeweiligen Eagle-Dateien für Schaltpläne und PCB's.

Eagle-Datei Schematic für die Zentralsteuerung Eagle-Datei Schematic für die Zentralsteuerung Eagle-Datei Board für die Zentralsteuerung Eagle-Datei Board für die Zentralsteuerung
Konstruktionszeichnung für den Nistkasten Konstruktionszeichnung für den Nistkasten Gesamtdokumentation BirdView Gesamtdokumentation BirdView


Mitgeltende Unterlagen und Sonstiges



Der fertig montierte Nistkasten
Der fertig montierte Nistkasten


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