Une fois n’est pas coutume, aujourd’hui, je laisse la parole à Guillaume pour nous parler de sa mangeoire d’oiseau filmée par un Raspberry Pi alimenté en POE avec une détection de mouvement pour prendre des photos :
C’est un projet de longue date, j’ai d’abord commencé avec un hack NSLU2 (un petit NAS hackable sous Linux) avec une simple webcam d’intérieur en USB, puis de fil en aiguille, j’ai ajouté du POE (Power Over Ethernet), un allumage / extinction à l’aide d’un Arduino en fonction de l’heure de lever et coucher du soleil, une détection de mouvement pour ne prendre des photos qu’au bon moment… Mais après plusieurs années de bons et loyaux services, j’ai enfin pu changer l’ensemble par un Raspberry Pi avec sa webcam.

Les objectifs de ce projet sont les suivants :

• utiliser du matériel low cost
• faire en sorte que la solution soit la plus WAF possible 
• que ce soit fun à fabriquer !

Ce premier article présentera le matériel que j’ai utilisé pour mettre dehors mon Raspberry Pi : en démarrant par le choix de la caméra, puis mes expériences avec la nappe de la webcam, l’abri utilisé pour mettre l’ensemble dehors et la mise en œuvre de POE passif.

Caméra

Le modèle de caméra que j’utilise est le standard accompagnant le Raspberry Pi avec la particularité tout de même qu’elle est équipée d’un objectif de 12mm testé dans ce billet. Ce type de caméra possède la particularité d’avoir un objectif avec un pas de vis compatible CCTV (caméra de surveillance) ce qui offre une large gamme d’objectif interchangeable et donc pouvoir le changer si nécessaire.

Webcam du Pi avec un objectif interchangeable de 22 mm

Mon idée initiale est d’éloigner la caméra du Pi afin de la mettre dans un petit boitier proche de la mangeoire. La nappe reliant la camera au Raspberry est petite (15 cm) et rigide et les nappes les plus longues mesurent 30 cm max.

Nappe de la camera du Raspberry

Il me faut donc relier la webcam et le Pi avec un câble plus long. Qu’à cela ne tienne, je vais donc m’en fabriquer une ! J’ai utilisé une nappe de câble souple de 2m de long au pas de 1,27 mm de type DIP.

Nappe de 2m au pas de 1.27 mm

Le pas de la nappe d’origine est très fin, 0,7 mm de type FFC, j’ai utilisé des adaptateurs FFC ⇔ DIP sur lesquels je vais souder d’un côté la nappe et de l’autre l’adaptateur. Le connecteur FFC doit être soudé sur l’adaptateur.

Connecteur FFC et adaptateur DIP

Après quelques soudures, voici le premier connecteur assemblé :

Connecteur soudé

Le montage consiste donc à relier la webcam avec sa nappe d’origine à l’adaptateur lui même relié à la longue nappe puis de repasser sur l’adaptateur pour se brancher sur le Raspberry Pi.
Je craignais que la longueur de câble pose des problèmes de stabilité d’image mais ce n’est pas le cas. La caméra est bien reconnue et les images transmises sont parfaites.

Connecteur coté caméra

Raspberry Pi connecté

Webcam du Raspberry Pi dans une boîte électrique

J’ai assemblé le tout dans un boîtier électrique étanche et découpé le couvercle pour y loger une ouverture avec une plaque de plexiglas transparente.
J’ai alors voulu réduire la largeur de la nappe en séparant en 4 et dans le sens de la longueur les brins mais la webcam ne se synchronise plus :'( Je pense qu’il y a désormais trop d’interférences électromagnétiques; une hypothèse serait que l’alternance habituelle d’un fil faisant circuler un signal positif avec son voisin qui fait passer le signal contraire n’est plus conservée. Cela a pour conséquence que le signal reçu n’est plus aussi « propre » et la webcam décroche. Retour à la case départ :'(

Maison d’oiseaux

Pour pallier à cet échec, j’ai décidé de tout mettre dans une même boîte : Raspberry + webcam. J’ai déniché une petite maison d’oiseau de décoration trouvée dans une grande surface de jardinage. En l’adaptant, j’ai tout fait rentrer dedans.

Maison d’oiseau

J’ai arrangé une fenêtre sur la face centrale pour y loger la webcam du Raspberry pi à l’aide de ma Dremel. La webcam est fixée avec des vis à tête fraisée et des petites entretoises. Avec un morceau de plexiglas provenant d’une boîte de chocolat, j’ai fabriqué une petite vitre placée devant la webcam pour refermer la boite 8-). La petite porte de devant a été fermée à l’aide d’un fond en bois de boîte de camembert découpée à la bonne taille.

J’ai également vernis la maison d’oiseau pour résister aux intempéries.

Maison d’oiseau convertie en caméra de surveillance

Alimentation

Pour gagner de la place dans la petite maison d’oiseau, je n’utilise pas le connecteur d’alimentation Micro-USB du Raspberry. En remplacement, j’utilise les connecteurs  »4 » et  »6 » du port GPIO pour l’alimenter avec un connecteur fait maison.

Brochage du port GPIO

Le Raspberry intègre un régulateur de tension branché juste après le port Micro-USB. En l’alimentant directement par le port GPIO, cet étage de régulation est by-passé. Il faut donc être très vigilant sur la tension appliquée sur les pins au risque de le griller.

POE

La mangeoire sera placée dans le jardin et la longueur du câble entre le Raspberry et le serveur est de 35m. Je ne veux pas faire amener du 220 V au milieu du jardin et j’ai donc regardé comment mettre en place du Power Over Ethernet passif. Pour se faire il existe des adaptateurs POE auprès de sites d’enchères en ligne : d’un côté, il y a l’alimentation + réseau en entrée et de l’autre, le câble Ethernet de transport. Le frère jumeau de l’adaptateur se retrouve de l’autre côté et sépare le courant de la data.

Connecteur POE passif

Pour fonctionner, il faut savoir que sur un câble Ethernet, en 100 Mbits, seules 2 paires sur les 4 sont utilisées. De nombreuses bidouilles sont alors possibles : POE, double Ethernet

Voici un schéma de l’assemblage final :

POE sur le Raspberry Pi

Pour abréger les souffrances du lecteur, je saute les étapes de calculs de la résistance d’un câble selon son diamètre pour arriver à la formule finale avec :

• Résistivité :
• Diamètre :
• Longueur :
• Section :

La résistance du conducteur est donc de :

Le Pi est donné pour consommer environ 5 W minimum, soit 1 A avec son alimentation de 5 V.
La chute de tension est donc au minimum (loi d’Ohm) : 3.7*1=3.7 V. En l’alimentant directement avec son transformateur à l’extrémité du câble, il ne recevra que 5-3.7=1.3 V, il ne fonctionne pas avec si peu de courant. Il faut donc une tension d’entrée plus élevée.

Je vais donc utiliser un bloc d’alimentation dédié. Le Pi consommant régulièrement plus de 1 A, il faut donc prévoir une alimentation conséquente, celles habituellement vendues avec les appareils hi-tech sont trop justes.

J’ai finalement opté pour un adaptateur secteur multi tension de 24W environ et j’ai sélectionné une tension de 12V

Pour obtenir 5 V au niveau du Raspberry Pi, plusieurs solutions sont possibles, dont notamment l’utilisation d’un régulateur de type LM7805. Ceux ci sont très simples à mettre en oeuvre mais transforment la chute de tension en chaleur et donc chauffent beaucoup.

Les régulateurs de tension à découpage sont également communs. Plutôt que d’appliquer une résistance variable comme le LM7805, ils hachent le courant avec une fréquence de 150 kHz environ en faisant varier la taille des créneaux haut et bas puis la re-linéarisent afin que la tension moyenne de sortie soit stable. Cela est beaucoup plus efficace et chauffe très peu. De nombreux montages tout prêt sont disponibles sur les sites de ventes aux enchères en ligne à un coût dérisoire.

LM2596

Ainsi, en mettant ce régulateur en bout de câble entre l’adaptateur POE et le Raspberry Pi, je peux alors l’alimenter en 5V.

Le réglage de ce régulateur s’effectue à l’aide d’un potentiomètre, d’abord à vide puis en branchant le Pi afin de charger l’alimentation.

Réglage de la tension : de la théorie à la pratique

Installation

Ensuite, yapluka faire l’assemblage final, fixer le tout près de la mangeoire et régler l’objectif de la webcam pour avoir une image nette.

Le plus dur a été de tout faire rentrer dedans sans abimer le matériel : le Raspberry, l’adaptateur POE, la webcam et le régulateur d’alimentation.

Raspberry Pi dans sa petite maison

Le lecteur attentif aura remarqué que je n’ai rien décrit par rapport à l’étanchéité de l’ensemble : je n’ai en effet rien fait de spécial, le toit de la mangeoire protège bien de l’eau et n’empêche pas l’air de circuler afin d’éviter les phénomènes de condensation. Cela fait maintenant plus d’un an que l’ensemble est dehors de tout temps et je n’ai aucun dysfonctionnement à signaler !

Je les ai fixés sur le haut d’une claustrat avec une grosse équerre.

Gros plan sur la maison d’oiseau avec le Raspberry Pi

Vue de l’ensemble : webcam avec le Raspberry pi et la mangeoire

L’ensemble fini est plutôt propre et le WAF est à un niveau très acceptable ;).

Vue de la webcam

Voici quelques photos prises par la webcam au cours de l’hiver dernier :

Tourterelles . (Cliquez pour agrandir)

Moineaux (Cliquez pour agrandir).

Pie (Cliquez pour agrandir).

Pour résumer

C’est le 2^e hiver que mon Raspberry Pi passe dehors et je n’ai pas eu de problème d’humidité ou autre. Les oiseaux se régalent des graines que je dépose et cela fait la joie de la caméra qui capture tous ces moments.

Le matériel un peu exotique utilisé ici provient de sites d’enchères en ligne qui font la joie des bidouilleurs.

Dans un second article, je décrirais la mise en oeuvre logicielle pour mettre en place du stream vidéo sur le réseau local, de la détection de mouvement et un allumage / extinction du Raspberry Pi en fonction de l’heure du lever et coucher du soleil à l’aide d’un Arduino.

Vous pouvez retrouver cet article et bien d’autres encore sur mon site : http://www.monbook.tech/

Edit 13/02 :
merci à « Dodutils » pour l’erreur de typo de l’objectif
merci à « msg » d’avoir pointé une mauvaise application numérique dans le calcul de résistance du cable

Cet article Mangeoire d’oiseau filmée par un Raspberry Pi et sa caméra a été publié en premier sur Framboise 314, le Raspberry Pi à la sauce française.....