基于树莓派的的便携式图像定时采集系统设计

于涛

四川电子机械职业技术学院 四川，绵阳 621000

一、介绍

随着人们生活水平的提高，对图像定时采集系统有广泛的需求。然而，传统的监控系统需要昂贵的专业设备，存在安装复杂、功耗高、价格高、不便携等缺点。便携式图像定时采集系统的设计、开发和实现已成为相关企业技术研发的重点，产品具有市场需求。本文介绍的基于Raspberry Pi的硬件平台具有成本低、恶劣环境下供电、硬件开源、4G光传输、Linux系统等优点。照片通过安装的摄像头定期拍摄，并通过4G和GPS模块传输。该项目不仅可用于景观照片的采集，还可用于农作物的监测。在对动态监控要求较低的使用场景中，与传统监控相比，该设计在功耗、成本等方面具有优势。

二、硬件与原理

1、树莓派

这项研究使用了最新的树莓派零，一个单一的面板设计，只卖10美元，结构紧凑，价格低廉的框架。控制核心采用ARM11芯片BCM2835处理器，比以前的处理器更先进。主频为1GHz。芯片中提供了四种接口：micro USB接口、Mini HDMI接口、CSI摄像头接口和40针GPIO扩展接口。Raspberry Pi硬件接口的分布如图1所示。

图1 Raspberry Pi硬件接口

2、Pisugar

Pisugar使用CSI电缆连接摄像头和芯片，因此与使用USB连接相比，具有更高的传输速率和稳定性。Micro SD用于加载SD卡的Debian系统映像。Debian是Linux系统的镜像。Mini HDMI允许在调试Python代码时打开外部屏幕。在本设计中，4G和GPS模块之间的连接使用GPIO。40针接口还包括电源接口。

在设计中，选择了带电压调节器的太阳能充电模块作为系统的电源。Pisugar是Raspberry Pi Zero的便携式电源平台。它非常容易使用，不需要焊接，并且正好是Pi Zero的大小。该设计使用安装在IIC总线上的Pisugar 2连接电源芯片。它具有RTC定时功能。因此，可以实现定时转辙机操作。例如，

# Shutdown after n seconds

SHUTDOWN_AFTER=30

# Wakeup after n seconds

WAKEUP_AFTER=100

脚本中的代码表示在运行脚本30秒后关闭电源，并在100秒后自动打开。

三、用Python编写的脚本

这项工作使用Python一个接一个地拍摄照片、修改照片位置信息、发送邮件、接收邮件指令和其他脚本。Linux命令行界面，输入sudo vim/etc/rc.local

当地系统进入了rc.local，在文件添加引导下需要运行脚本，树莓无人操作即可实现。

四、具体工作流程

在预定时间，Pisugar控制系统的通电和引导。rc.local从自动操作的脚本中读取本地文件。首先，系统初始化Raspberry Pi部分引脚的电平输出，使4G模块能够正常工作。然后，它使用Raspberry Pi提供的官方Python库运行shooting命令camera = PiCamera()

系统可以拍摄照片并将其存储到指定路径。然后，系统读取GPS位置，并将位置信息写入上一步拍摄的照片中。下一步是通过SMTP协议将此照片发送到指定邮箱。最后，重新运行Pisugar的电源控制脚本。运行脚本30秒后，系统执行关机指令，1小时后执行开机指令。简而言之，1小时是一个工作周期，这个时间也可以根据需要修改。

五、结论

工程的完整实体图如图2所示。

图2 硬件物理图的一部分

表1显示了每个工作循环的功耗测试结果。该设计配备10000毫安时的电池，因此每个循环的平均功耗可以计算为30毫安时左右。工作功率如图3所示，平均功率为3.09W。通过Keysight N6705B直流功率分析仪测试系统的工作功率。测试结果如图4所示。可以看出，平均功率仅为3.09w，而传统监控摄像头的平均功率为20w。也就是说，建议的系统更节能，这在野外很重要。最后，邮箱成功接收到包含位置信息的图片。

表1 循环功耗

启动电力	循环次数	终止供电	单循环电量/mAh
8.5906%	1	8.3998%	19.08
8.8530%	1	8.5657%	28.73
8.5657%	2	7.7598%	40.23
7.7598%	1	7.4915%	26.83

图3 工作电压、电流和功率的测试结果

参考文献

[1]郭钊汝,徐金,郭恒言,张太红,张泽宇,孟晓艳.采用树莓派4B识别新疆苹果品种的人工智能案例[J].计算机时代,2022(03):32-35.DOI:10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2022.03.009.

[2]刘婷婷,郭佩佩,高翔,洪志鹏,孟祥宝,黄家怿.基于北斗-RTK的农用无人车设计与实现[J].现代农业装备,2022,43(01):30-37.

[3]马晓慧,刘新恺,马鑫磊,王平川,赵康.基于树莓派的嵌入式智能安全帽设计与实现[J].物联网技术,2022,12(02):61-64.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2022.02.016.

[4]林嘉慧,梁学谦,黄俊霖,康泰.基于树莓派的在线人体检测系统设计研究[J].电子世界,2022(02):55-57.DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2022.02.022.

[5]刘东,蒋刚,留沧海.基于树莓派的六足机器人目标跟踪系统研究[J].传感器与微系统,2022,41(01):65-68.DOI:10.13873/J.1000-9787(2022)01-0065-04.

[6]张丽艳,赵艺璇,李林.一种基于树莓派的口罩自动检测装置[J].大连交通大学学报,2022,43(01):111-114.DOI:10.13291/j.cnki.djdxac.2022.01.021.

（1）作者简介：于涛（1990—），男，汉族，河北衡水人，助教，学历:研究生，单位:四川电子机械职业技术学院，研究方向:UWB定位算法。