Ant Smart-Home - Projektbericht

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dmeise
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#1 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von dmeise » 28. Juni 2020, 12:03

Hallo liebes Ameisenforum,

als "Neuhalter" habe ich dieses Jahr mit diesem spannenden Hobby begonnen! Ausgesucht habe ich mir - wie so viele Anfänger - die Art Messor Barbarus.
Als Anfänger habe ich es meinen Damen nicht gerade leicht gemacht. Zu Beginn trocknete das RG zu schnell aus, es erfolgte eine sehr misslungene Zwangsumsiedlung, welche in einem anderen Beitrag thematisiert wurde.
Die Gründung wäre dadurch beinahe misglückt, da aus den ersten ~10 Puppen nur zwei Arbeiterinnen geworden sind, wovon eine verstorben ist. Der Grund: Der Wattestopfen im RG war zu dicht. Versuche der manuellen Befeuchtung führten ständig zu Panik - es war eine schwierigie Zeit für die Damen und für ihren Halter.

Ich wollte von Anfang an bei der Gründung dabei sein, daher kam nur eine Königin ohne Arbeiterin in Frage. Um dennoch störungsfrei regelmäßige/tägliche Nesteinblicke zu bekommen, habe ich während der Gründungsphase ein kleines System gebastelt, um mithilfe eines Raspberry Pi und Infrarot-LEDs bzw. der enstprechenden Kamera diese zu erhalten. Die Entwicklung des nötigen Web-Interfaces geschah dabei weitgehend selbstständig; Erwähnt sei hier die Software "Cam Control v6.0.25", welche sehr hilfreich war, jedoch von mir umfassend angepasst wurde. Sie ist jedoch bis heute das Fundament des Projekts.

Sämtliche seit dem 12.04.2020 aufgenommen Bilder (mindestens 3 täglich) können bei Bedarf bereitgestellt werden.
Hier zunächst zwei Screenshots des "Smart-homes" und des Web-Interfaces:
Capture.PNG
20200628_103756.jpg
Da ich leider zurzeit keinen Zugang zu einer Werkstatt habe, war eine qualitativ höherwertige Verarbeitung nicht möglich. Der aktuelle Zustand ist daher als Prototyp zu sehen.
Für alle Ästethen: Hier ein Palindrom mit Bezug zur Ameisenhaltung, damit sich die Sinne beruhigen können: "Eine Horde bedrohe nie!" :D

Zu den Features:
  • Aufnahme von Kurzvideos und Snapshots.
  • Automatisierte Aufnahme eines Bildes zu beliebigen Zeiten (derzeit 3Xtäglich)
  • Live-Feed zur "Echtzeit-Nesteinsicht"
  • Überwachung von Luftfeuchtigkeit und Temparatur; Sensoren sind in dem Kästchen angebracht
  • Überwachung von Luftfeuchtigkeit und Temparatur in der Arena, automatische Aktivierung/Deaktivierung einer Heizmatte über Funksteckdosen (derzeit deaktiviert)
Da ich nicht will, dass Fremde ständig bei mir das Licht an/ausknipsen, funktioniert die Seite natürlich nur in meinem Netzwerk - sorry!

Allgemeine Infos:
Kosten: Raspberry Pi, Infrarotkamera, Relais für die Infrarot LEDs, Sensoren, Funksteckdosen und deren Sender für den Raspberry, Lötgerät (welches ich nicht hatte) und diverse Verbrauchsmaterialien: Die Kosten dürften sich auf ca. 150€ belaufen.
Erforderliches technisches Know-How: Grundwissen im Umgang mit einem Webserver sind sehr hilfreich; Insbesondere das Ansteuern des Raspberries über ein Webinterface ist nicht gerade benutzerfreundlich. Grundwissen zu HTML/PHP sind erforderlich! Jemand ohne Vorwissen sollte zumindest ausgiebige Lernfreude mitbringen, die Raspberry Community ist jedoch äußerst hilfsbereit: Die meisten Probleme sind bereits in diversen Foren-Posts gelöst.

Ablauf und Erfahrungen mit dem Projekt:

Das Anschließen der Kamera und erste Tests waren vielversprechend! Zum Testen der besten Einstellungen wurde ein Reagenzglas mit diversen darin enthaltenen Gegenständen benutzt. Als die optimalen Einstellungen gefunden wurden, wurde die Kamera mit den angeschlossenen Infrarot LEDs an der Innenseite der auf dem Bild erkennbaren Holzbox montiert - ein Fehler, dazu später mehr! Die Qualität der Aufnahmen war jedoch im Vergleich zur heutigen Qualität phänomenal - hier ein Video der ersten Tests. Ich habe leider erst am Ende bemerkt, dass sie ein Ei gelegt hat.



Zu diesem Zeitpunkt wollte ich die Kamera und die LEDs noch im Dauerbetrieb laufen lassen, am besten sodass ich die Ameisen ständig auf meinem Fernseher im Blick haben kann. Jedoch brach stets nach Aktivierung Panik aus, teils nach 20 Minuten, teils nach 5; Das typische "Zucken" bei Störung war jedoch meistens schon nach wenigen Sekunden erkennbar. Im nächsten Schritt habe ich die Infrarot LEDs so weit wie möglich heruntergeregelt. Dabei komm ich mir heute noch blöd vor: Ich habe IR-LEDs, welche auf eine Distanz von 5-6 Metern ausgelegt sind, 2cm entfernt von der Königin montiert...
Heute ist beiden LEDs ein Widerstand von 1000 Ohm vorgeschaltet, jedoch auch bei 3000 Ohm sind die Bilder noch brauchbar. Falls Ihr ein ähnliches Projekt plant: Dies ist unbedingt zu beachten! :!:

Gebracht hat es jedoch wenig: Selbst ohne die Infrarot LEDs - Umrisse waren bei direktem Sonnenlicht auch so erkennbar - sobald die Kamera aktiviert wird kann das typische Zucken bei der Königin beobachtet werden. Die Arbeiterinnen reagieren noch sehr viel schneller! Die nächste Theorie war, dass die Hitzestrahlung der Kamera diesen Effekt herbeiführt - Ameisen sind ja bekanntlich extrem sensibel, selbst bei feinsten Wärmeschwankungen.

Die Kamera und die Infrarot-LEDs wurden daher an der Außenseite angebracht. Hierfür habe ich passende Löcher durch die Holzwand gebohrt. Die Infrarot LEDs, bisher direkt auf das RG gerichtet, wurden außerdem parallel zum RG platziert damit die Beleuchtung weniger direkt erfolgt. Hier ein Screenshot von der Rückseite der Box: Linke Seite: Kamera; Rechte Seite: LEDs; Das Reagenzglas wird in eine Öffnung auf der gegenüberliegenden Seite der LEDs eingeführt. Natürlich hatte die größere Distanz zum RG die Konsequenz, dass die Qualität der Bilder extrem gelitten hat - schade!
20200628_111309.jpg
Reißzwecken sind ein legitimes Baumaterial!

Gebracht hat das ganze Prozedere leider: Gar nichts. Auch bis heute schalte ich den "Live-Feed" der Kamera für maximal 10 Sekunden an, und dies auch nur maximal einmal täglich. Die Königin reagiert dabei selten, die Arbeiterinnen fangen jedoch sofort an sich zu bewegen. Die "Snapshots" gehen dabei jedoch verhältnismäßig schnell. Auf Knopfdruck werden die LEDs aktiviert, ein Bild wird gemacht, die LEDs werden deaktivert - das ganze dauert vll. 2 Sekunden und verursacht, soweit ich dies beurteilen kann, keine bis minimale Reaktionen seitens meiner Horde!

Hier bitte ich um Eure Meinung:
Was denkt Ihr, woran es liegen könnte? Hat hier jemand Erfahrung?
  • Die LEDs können es meiner Meinung nach nicht sein, sind aber noch nicht zu 100% ausgeschlossen, hochwertige IR-LEDs könnten helfen (je billiger, desto näher sind diese am sichtbaren Licht)
  • Die Hitzestrahlung der Kamera sollte eigentlich durch das Anbringen auf der Außenseite nicht mehr wahrnehmbar sein
  • Eine weitere Idee: Vielleicht verursacht der "Shutter" der Kamera bei Videos entsprechende Vibrationen?
Nachdem die nächsten Eier vorhanden waren (durch die Bilder nachweislich bis zum 05.5.2020 gelegt) habe ich die Königin und die Arbeiterin nochmals zwangsumgesiedelt (der erste Wurf ist ja leider größtenteils gescheitert) - dieses Mal in ein geeignetes Reagenzglas.
heute (Spoiler) habe ich ca. 10-14 Arbeiterinnen. Damit ist die Gründung geglückt, ein aktuelles Bild folgt am Ende des Posts.

Ich versuche den Post kurz zu halten: Daher komme ich zu meinen Abschlussgedanken:

Insgesamt war das Projekt erfolgreich: Ständige Neststörungen durch ungezügelte Neugierde konnte ich erfolgreich vermeiden. Dieses außerordentlich spannende Hobby wurde nicht länger durch die Pein mangelhafter Selbstdisiziplin getrübt. 4)
Der größte Vorteil für mich zeigt sich jedoch darin, dass man die Reaktion der Ameisen unmittelbar beobachten kann, statt mehrere Tage bis zur nächsten Nesteinsicht warten zu müssen. Als Anfänger konnte ich so unschätzbar wertvolle Einblicke in das Verhalten und in die Reaktion der Ameisen erhalten - Einige Beispiele:
  • Fütterung: Störung oder Hilfe?
Da ich nur noch eine Arbeiterin hatte, welche auch nie das Nest verließ, habe ich das RG wieder verschlossen und innerhalb der letzten 6 Wochen alle 6 Tage ein kleines Insekt in das RG gegeben. Ihre (Königin) Reaktion war hierbei höchst spannend:
Die Panik war stets innerhalb weniger Minuten verflogen, das Futter (meistens Fliege) wurde umgehend zur Brut gezogen und verzehrt. Körner wurden jedoch auch in dieser Phase nicht angefasst.
  • Stopfen: Verschluss des RG
Ein üblicher konisch zulaufender Wattestopfen wird von mir nicht mehr verwendet, da die dadurch bedingten seitlichen Lücken bei der Königin Unruhe hervorriefen. Ein gewöhnlicher Wattestopfen hingegen sorgte meistens für unmittelbare Ruhe und wurde sehr viel besser angenommen.

Zum Ende bedanke ich mich an alle, die bis zum Ende durchgehalten haben, noch mit einem aktuellen Snapshot:
2020-06-28_10-36.jpg
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#2 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von Manticor79 » 23. Juli 2020, 19:31

Grüße^^ Mir kam heute auf der Arbeit der Gedanke, dass ich auch sowas will. Raspberries habe ich noch ein paar und ne Cam kauf ich mir. Hast du neue Erkenntnisse oder würdest ein Tutorial schreiben?
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#3 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von dmeise » 15. September 2020, 19:18

Oh, das tut mir jetzt sehr Leid!
Ich war zwar regelmäßig im Forum, hab aber keine Benachrichtigung bekommen. Hast du noch Interesse?

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Manticor79

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#4 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von Manticor79 » 16. September 2020, 07:12

Sicher. Bin immer an Basteleien interessiert :)

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#5 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von dmeise » 16. September 2020, 07:58

Ich habe in einer Woche zwei Wochen Urlaub, ich habe ohnehin daran gedacht, an dem Projekt weiterzuarbeiten.
Der aktuelle Stand: Da ich nächste Woche umziehe, habe ich die Kolonie vor ca. 2 Wochen in ein Ytong-Nest ziehen lassen. (Das RG war mir hierfür ein wenig zu unsicher).

Das bedeutet, dass ich ohnehin eine neue Verkleidung für das "Smart-Home" bauen muss (diesmal richtig!).

Vielleicht lässt sich dabei was einrichten!
Vg

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di4per
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#6 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von di4per » 16. September 2020, 13:18

Grundsätzlich bin ich auch an dem Thema interessiert, insbesondere an der Software.

Nach meinem Verständnis handelt sich bei der zugrundliegenden Software um einen Vorgänger der Software aus diesem Repository: https://github.com/silvanmelchior/RPi_Cam_Web_Interface?

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#7 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von dmeise » 16. September 2020, 16:43

Oh, ich habe Quatsch erzählt:
Die benutzte Version ist: 6.6.9

Grundsätzlich kann ich diese uneingeschränkt empfehlen, Erweiterungen usw. sind eigentlich gar nicht nötig.
Diese Software bietet bereits die Möglichkeit Videos, Bilder usw. aufzunehmen und einen "Live-Feed" zu aktivieren.Auch Optionen für automatisch erstellte Bilder (welche ich über CronJobs laufen ließ) gibt es.
Sie enthält eine Gallerie, sodass Ihr auch Zugriff auf eure Bilder habt.
Eine Option für die Aktivierung/Deaktivierung der IR-LEDs gibt es natürlich nicht - dazu später mehr.

Ich habe die meisten Standard-Funktionen ausgeblendet und durch meine eigenen ersetzt.
Der Grund hierfür war, dass ich mit den Kameraeinstellungen der Software nicht ganz zufrieden war. Im Nachhinein hätte sich dies aber mit den Standardeinstellungen bewerkstelligen lassen.

Leider habe ich den Code nie mit dem Gedanken geschrieben, diesen auch zu teilen... So werden z.b. die Temparatur für die Anzeige in Textdateien statt in einer Datenbank gespeichert usw. (Zu Deutsch, ich hab gepfuscht!) :lol:
Ich glaube das Beste wäre, wenn Ihr selbst von vorne beginnt. Wenn ich euch z.b. die SD Karte bereitstelle, müsstet Ihr sämtliche Anschlüsse für Temperatursensor, Relais usw exakt gleich anschließen. Auch eine feste IP wird bei mir vergeben - kurz, es ist keine Standardlösung bei der ich mich wohl fühlen würde, diese zu teilen.

Stattdessen kann ich aber gerne im weiteren Verlauf die einzelnen Schritte des Projektes aufzeigen. Das schöne an diesem Projekt und dem genannten Cam-Interface: Es ist unendlich erweiterbar! Insbesondere das Interface ist unter der MIT- Open Source License, wir können also beliebig darin rumfuhrwerken und die Ergebnisse teilen) :twisted: . Wer weiß: Vielleicht ergibt sich daraus eine RPi_Cam_Web_interface-Ant edition!

Daher folgt hier eine Anleitung zunächst für eine Mini-Variante (Nur der Kamera-Teil). Bei Bedarf können die anderen (folgenden) Komponenten darauf aufbauen:
  • Möglichkeit zur Aktivierung/Deaktivierung der IR-LEDS über das Web-Interface (Erweiterung von RPI_Cam_Web_interface)
  • Einrichtung eines CronJobs für regelmäßige Bilder und Anzeige im Webinterface (keine Erweiterung nötig)
  • Anschluss von Temparatur/Luftfeuchtigkeitssensor
  • Steuern von Geräten abhängig von der gemessenen Temparatur (Heizkabel/matte und Funksteckdosen)
  • Anzeige von Temparatur/Luftfeuchtigkeit im Webinterface (Erweiterung von RPI_Cam_Web_interface)
Nun aber zum Cam-Interface:

Geschätzte Resourcen:
  • Kosten: ca 40-60 Euro (Raspi, Kamera und Sonstiges)
  • Zeit: Anfänger: 10h, Geübte: 4h
Infos über Anschluss und Betrieb von Komponenten lasse ich weg - die gibt es bereits tausendfach im Internet in besserer Qualität als ich es erklären könnte.

Hardware/Anschaffungen:
Pflicht:
Beliebiger Raspberry (die teuren aktuellen Versionen sind unnötig). Netzteil und SD-Karte nicht vergessen! Außerdem benötigt Ihr einen Cardreader um die Karte zu beschreiben (oft in Laptops inklusive). Alternativ gibt es bestimmt auch vorinstallierte SD-Karten zu kaufen!

IR Kamera (IR = Infrarot):
(von mir verwendet): IR-Cut-Camera 5Mp Ov5647: Beachten - IR-LEDS sind auf eine Distanz von mehreren Metern ausgelegt.
Die LEDs werden mit Schrauben an der Kamera befestigt und dienen zugleich als Stromleiter. Hier müsste man die LEDs also von der Kamera trennen und Widerstände einbauen! Ich verwende derzeit mehrere im Bereich von 1k Ohm bis 2 k Ohm, welche ich je nach Bedarf wechseln kann (empfehlung bei der genannten Cam: 2kOhm je LED). Zusätzlich sollte man die LEDs nicht im Dauerbetrieb lassen (Wärmeleistung/potentielle Störung). Daher habe ich zwischen LED und Widerstand auch ein Relais geschaltet, welches vom Raspberry gesteuert wird. Dieses Relais aktiviere/deaktiviere ich im Webinterface, um so die IR-LEDS ein/auszuschalten.
20200916_142205.jpg
(Besser): Kamera (Ohne IR-Filter!) und IR-LEDs getrennt kaufen. Je billiger die IR-LEDs, desto näher sind diese am sichtbaren Licht. Könnte ein Grund für die Störungen sein.
Vorteil: IR-LEDs lassen sich ohne Relais direkt über die Raspi-Ports steuern. Das Relais entfällt somit.
Vorschlag: Raspberry Pi Noir Infrared Camera Module 8MP v2.1 mit Sony IMX219PQ Exmor R CMOS-Bildsensor (ca. 20-30 Euro); Achtet auf jeden Fall darauf, dass die Kamera KEINEN Infrarotfilter hat.

LAN-Kabel oder WLan Modul:
Ihr wollt von Handy/PC etc. auf das WebInterface zugreifen? Dann braucht der Raspi natürlich Netzanschluss!

Verschiedene Widerstände, Anschlusskabel, LEDs, Knöpfe
Ich empfehle gleich ein breit gestreutes Set zu kaufen. Kostet wenig, bietet einem aber die Möglichkeit für Experimente.

Optional
Längeres Anschlusskabel für die Kamera (trust me)
Lötset

Gehäuse:
Ich halte daran fest: Die Kamera sollte unbedingt außen angebracht werden. Die Linse sollte (je nach Bauart der Kamera) durch ein Loch in das Innere gerichtet sein.
Mehr schreibe ich hier nicht, da jeder eigene Voraussetzungen hat.
Selbes gilt auch für die LEDs.
Ob die LEDs direkt auf die Ameisen gerichtet sind, oder parallel (z.b. zum RG) verlaufen, hat bei mir qualitativ keinen Unterschied gemacht. Ich empfehle daher, die Ameisen nicht direkt zu bestrahlen.
Ob Ihr den Raspi am Smarthome-Gehäuse befestigt wie ich, oder ein eigenes Gehäuse dafür kauft steht Euch natürlich ebenso frei.

Kurze Pause, Hier ein Zusammenschnitt aller Bilder der letzten Monate:
[YouTube]https://youtu.be/zPse3GGY5r0[/YouTube]

Ok: Ihr sitzt jetzt an eurer Werkbank, habt einen Raspberry Pi, eine SD-Karte, ein Netzteil, ein LAN-Kabel (oder W-Lan Modul), eine beliebige Kamera mit Infrarot-LEDs. Außerdem verschiedene Kabel und Widerstände:
  • Schritt 4: Kamera über Web Cam Interface konfigurieren (nötig!). [Hier meine Einstellungen: raspistill -a "$(date)" -n -t 1500 --exposure -verylong -mm matrix -ifx washedout -sh 30 -co -10 -br 53 -sa 15 -th 480:360:70 -q 100 -o /var/www/html/jobPics/$DATE.jpg] << können in etwa über das Web-Interface nachgebaut werden.
  • Schritt 6: IR-LED über Taster/Schalter/Button steuern: Ebenfalls im obigen Dokument!
Ergebnis: Ein Raspberry mit Web-Interface, mit welchem Ihr Von Handy/Computer/Laptop (nur in eurem Heimnetzwerk!) Bilder und Videos machen könnt, oder aber "live" anschauen könnt, was auch immer im Fokus ist. Auf Knopfdruck könnt Ihr Außerdem die LEDs ein/ausschalten.
Die Kamera würde ich nicht durchlaufen lassen! Wie oben thematisiert, hat es (vermutlich durch die Wärmeentwicklung oder dem Shutter) zu Störungen geführt. Ihr solltet also den Stream starten, die LED's aktiveren und beides wieder deaktivieren wenn ihr fertig seid - noch nicht sehr praktisch, ich weiß!

Was fehlt?
Eine Möglichkeit, die LEDs über das Web-Interface zu steuern. Wir wollen ja nicht jedesmal von der Couch aufstehen müssen, wenn wir den lieben kleinen zukucken wollen! Noch besser wäre es, wenn beides über einen Knopfdruck ginge...
Dies wird jedoch ein eigener Beitrag, denn der nächste Teil wird sehr viel ausführlicher. Wenn Ihr mit den Basics oben Hilfe benötigt oder euch Ergänzungen wünscht - lasst es mich wissen!

Wenn Ihr mit dem Teil durch seid habt Ihr definitiv eine sehr gute Basis für die Eigenentwicklung! Ein kurzer Ausblick noch für die Ungeduldigen:
  • Schreiben einer Funktion, welche die LEDs aktiviert
  • Einfügen eines Buttons in das Web-Interface
  • Ausführen der geschriebenen Funktion über den Button
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#8 Ant Smart-Home - Projektbericht

Beitrag von di4per » 16. September 2020, 18:10

Klasse, das ist ja schon mal eine Menge Material und die Tipps und Erfahrungen, die du nur durch praktische Anwendung sammeln konntest (wie lange hast du daran gesessen? 4-10h??? :lol: ), sind Gold wert!

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