Raspberry Video Camera – Teil 28: Kamera Modell 200 mit Raspberry Pi Zero

Fast ein Jahr läuft diese Artikelserie nun bereits – ein guter Anlass um sich wieder der Hardware zuzuwenden. Ich hatte bisher ein Kameramodell 850 auf Basis des Raspberry Pi 3 vorgestellt. Nun kommt endlich der kleinere Raspberry Pi Zero W zum Einsatz. Der hätte mir aufgrund der kleinen Abmessungen auch Anfang 2017 schon gefallen, aber das Modell damals hatte noch kein integriertes WLAN und war in Deutschland kaum lieferbar. Ursprünglich einmal als 5$-Computer angekündigt, ist der Raspberry Pi Zero W inzwischen wenigstens für 10 Euro in Deutschland problemlos erhältlich. Ein kleiner Rechner ermöglicht natürlich auch ein kleineres Kameragehäuse und so schrumpft das von einer 850ml Frischhaltebox beim Raspberry Pi 3 nun auf handliche 200ml.

Zuerst aber wieder ein Oachkatzl-Video. Mehr davon gibts in meinem YouTube-Kanal.

Meine Kameramodelle benenne ich nach der Größe des Gehäuses. Demzufolge hatte die RasPi-Cam auf Basis des Raspberry Pi 3 die Bezeichnung Modell 850, da eine 850ml Frischhaltebox verwendet wurde. Davon gab es ein Modell 850A ohne und ein Modell 850B mit Bewegungssensor. Die Kamera, die ich heute vorstelle, ist ein Modell 200, oder genauer ein Modell 200A, da das Gehäuse für einen Bewegungssensor keinen Platz bietet. Die Objekterkennung muss also per Software passieren, oder die Kamera wird durch eine andere Kamera getriggert. In meinem Fall wird das Modell 200 die dritte Kamera, da ich bereits ein Modell 850A und ein Modell 850B im Einsatz habe.
Modell 200

Elektronik

Raspberry Pi Zero W und CamWie bereits gesagt, ist der Rechner ein Raspberry Pi Zero W – wichtig ist dabei das W, das für wireless oder WLAN steht. Darauf muss man bei der Beschaffung unbedingt achten, um sich keine alte Version ohne WLAN andrehen zu lassen. Wer die Wahl hat, sollte auch einen Zero ohne eingelötete Stiftleiste kaufen. Die brauchen wir nicht und sie nimmt im Gehäuse nur Platz weg. Wie bei jedem Raspberry Pi braucht es dann noch eine Micro-SD-Karte für Software und Videos. Ich empfehle eine möglichst schnelle Karte mit 32GB. Damit kann ich fast zwei Monate Videomaterial direkt auf der Kamera vorhalten. Mit 16GB geht es aber auch.

Alles wird kleiner nur das eigentliche Kameramodul nicht. Es gibt leider keine kleine Cam speziell für den Raspberry Pi Zero. Deshalb verwenden wir im Modell 200 das gleiche Raspberry Pi Camera Module 8MP V2.1, wie schon im Modell 850. Allerdings brauchen wir ein anderes Anschlusskabel, weil der Raspberry Pi Zero einen anderen CSI-Anschluss hat. Ein kurzes Kamerakabel mit 15cm Länge ist mehr als ausreichend.

Stromversorgung

Mein Stromversorgungskonzept beruht darauf, dass die Spannungszuführung auf der Leitung nicht mit 5V erfolgt, sondern mit einer höheren Spannung (19V). Die wird dann erst vor Ort im Kameragehäuse auf 5V herunter gesetzt. Das bleibt auch bei der Zero-Cam so, nur verwende ich hier einen neuen, super kleinen Spannungsregler, den ich in einem eigenen Artikel vorstelle.

Gehäuse

Doppelmuffe mit EndstopfenInspiriert durch mein Feinstaubprojekt, verwende ich als Gehäuse für die Kameraelektronik ein Abwasserrohr aus dem Baumarkt. Genauer betrachtet handelt es sich um eine Doppelmuffe HT DN 50 (z.B. Marley HT Überschiebmuffe) mit zwei Muffenstopfen. Die Doppelmuffe hat einen Innendurchmesser von 50mm und eine Gesamtlänge von 105mm. Auf beiden Seiten ist innen ein Gummiring zur Abdichtung eingelegt. Das ergibt ein sehr stabiles und absolut wasserdichtes Kameragehäuse in der 200ml Klasse. Damit ist das Gehäuse vom Volumen her auf fast ein Viertel geschrumpft im Vergleich zum Modell 850. Ich empfehle, den Kauf im Baumarkt vorzunehmen. Dort sind die Teile günstiger als im Versand (alle drei zusammen weniger als 2 EUR) und es lässt sich vor dem Kauf die Länge nachmessen. Online ist die Längeninformation selten zu bekommen.

Beide Muffenstopfen bekommen mittig eine 16mm Bohrung. Dazu verwendet man am besten einen Stufen- oder Kegelbohrer. Hinter eines der Löcher wird innen mit Silikon ein halbes Mikroskopierglas geklebt. Das ergibt das Sichtfenster für die Kamera. Dieser Endstopfen wird rohrseitig an zwei gegenüberliegenden Stellen per Feile mit einer Nut versehen. Die ist 1,5mm breit und 5mm tief und dient zur Fixierung des Bauteileträgers.

Die Bohrung im zweiten Stopfen dient zur Aufnahme einer M16 Kabelverschraubung zur wasserdichten Durchführung des Stromkabels.

Bauteilemontage

BauteileträgerBauteilehalter leerIch fertige aus einer 1,5mm starken Polystyrolplatte (also Plastik) einen Bauteileträger für Raspberry Pi Zero, Kameramodul und Spannungsregler. Der Träger besteht aus vier Teilen: einer Montageplatte zur Befestigung von Raspberry Pi Zero und Spannungsregler, einem Halter für das Kameramodul und zwei Winkeln, die alles zusammenhalten. Die Maße der Einzelteile können der Zeichnung unten entnommen werden. Die vier Teile werden mit Laubsäge und Feile in Form gebracht und dann mit einander verklebt. Der Raspberry Pi Zero W hat vier Montagelöcher und kann so mit M2,5 Nylonschrauben und Abstandsbolzen auf dem Bauteileträger befestigt werden.

Bauteileträger und MuffenstopfenDabei wird er nicht zentriert sondern etwas ausmittig angebracht, weil seitlich der Stromstecker noch Platz haben muss. Der Spannungsregler kommt dann auf die Unterseite des Bauteileträgers. Das kleine Modul hat keine Montagelöcher, deshalb klebe ich mit Silikon zwei von den Nylonschrauben auf dessen Unterseite. Vier weitere 6mm lange Nylonbolzen halten auch das Kameramodul. Das hat allerdings nur 2mm Bohrungen, nicht 2,5mm wie der RasPi Zero. Deshalb feile ich das Gewinde der Bolzen rundum vorsichtig ab, bis sie so eben in die Löcher passen. Die Spannung der vier Bolzen hält dann das Kameramodul auch ohne Muttern. Dieses Verfahren hat beim Modell 850 auch schon gut funktioniert.

Modell 200 InnenaufbauIm Bild oben sieht man die Maße für die 4 Teile. Links ist die Montageplatte für den Raspberry Pi Zero W und rechts unten der Träger für die Kamera. Die Abschrägungen dienen dazu, dass das Teil in den runden Endstopfen passt. Die beiden Winkel rechts oben sind aus 10x10mm Kunststoff-Winkelprofil mit 1mm Materialstärke gesägt. Mit Schenkeln von 7,5mm und 10,5mm sind sie ebenso asymmetrisch, wir ihre Anklebepunkte an der Montageplatte. Das hat mit der ausmittigen Montage des Raspberry Pi Zero zu tun – damit muss auch die Durchführung des Flachbandkabels zur Kamera etwas auf die Seite wandern. Die große Montageplatte ist vorne und hinten an den äußeren Rändern jeweils um 2,25mm schmaler ausgelegt. Das liegt daran, dass die beiden Muffenstopfen – soweit sie ins Rohr hineinreichen – den Rohrinnendurchmesser auf 46mm verengen. Die Montageplatte ist daran exakt angepasst und wird so durch die Muffenstopfen in Position gehalten und kann nicht vor oder zurück rutschen. Dass sich die Montageplatte nicht innerhalb des Rohrs verdreht, dafür sorgen die beiden Nuten, die ich 5mm tief in den vorderen Muffenstopfen eingefeilt habe. Die nehmen die Montageplatte auf und halten sie fest.

FlachbandkabelführungBeim Gehäuseeinbau wird am besten zuerst der vordere Muffenstopfen (mit dem Glasfenster) aufgesetzt und der bestückte Bauteileträger dann von hinten eingeführt. Mit der Kamera voran – versteht sich. Das geht leichter, wenn dazu temporär die hintere Gummidichtung entfernt wird. Die lässt sich leicht mit einem Schraubendreher heraus hebeln. Der Bauteileträger muss dann vorne in die beiden eingefeilten Nuten des Muffenstopfens einrasten, damit sich die Kamera im Betrieb nicht mehr verdrehen kann. Wenn der gesamte Bauteileträger im Rohr verschwunden ist, kann die hintere Dichtung wieder eingesetzt werden. Das Stromkabel wird durch die Kabelverschraubung geführt, der Kabelmantel sollte dabei bündig innen mit der Kabelverschraubung enden. Dann können die Anschlüsse mit Klemmen (z.B. Wago– oder Lüsterklemme) verbunden werden und schließlich wird der hintere Muffenstopfen vorsichtig ins Rohr geschoben.

Sollte sich danach einer oder beide Muffenstopfen von alleine wieder nach außen bewegen wollen, dann liegt das am Überdruck, der im Inneren des Rohrs entstanden ist. In dem Fall sollte die Kabelverschraubung etwas gelöst werden, damit ein Druckausgleich stattfinden kann. Dann beide Stopfen wieder bis zum Anschlag eindrücken und zum Schluss erst die Kabelverschraubung zuziehen.

Befestigung

Modell 200 BefestigungBeim Modell 850 hatte ich zur Befestigung der Kamera auf ein handelsübliches Gelenkstativ mit Schraubzwinge zurückgegriffen. Das Teil ist praktisch, weil sich die Kamera bequem in jede Richtung schwenken lässt und leicht arretieren. Allerdings ist dieses Fotostativ nicht für den Außeneinsatz geeignet und nach über einem Jahr auf der Dachterrasse in Wind und Regen auch ordentlich verrostet. Für das Modell 200 wollte ich deshalb eine andere Lösung. Und die sieht so aus: Man nehme eine Aderleitung H07V-U 10mm², das ist ein dicker massiver starrer Kupferdraht (keine flexible Litze) mit PVC Isolation grün/gelb (oder in einer anderen Farbe). Den Draht gibt es im Baumarkt als Meterware und wir brauchen 2m.

Modell 200 BefestigungDer Kupferdraht wird mittig halbiert, so dass wir zwei 1m lange Stücke haben. Die werden nun so gebogen, dass sie sich in der Mitte gut an das Kameragehäuse anlegen. Ich führe einen Draht ringförmig um das Kamerarohr und den zweiten als Stütze darunter. Der Kontakt des Drahts zur Kamera sollte eher locker sein, damit der Draht bei Kälte nicht das Abwasserrohr sprengt. Das Kamerarohr wird zum Schluss mit Silikon an den beiden Drähten fixiert. Die vier Drahtenden lassen sich jetzt unterhalb der Kamera mit einer einzelnen Drahtseilklemme (8mm) zu einem Bündel zusammenfassen. Weiter kann man die vier Drähte nun mit einigen Kabelbindern zusammen binden, oder – so wie ich es mache – mit einem passenden Schrumpfschlauch (15mm) überziehen. Zur Montage an einem Rohr verwende ich eine passende Mastschelle, das Ende der Vierfachdrahtleitung wird samt Isolation einfach zwischen dem Mastrohr und den Zähnen der Schelle eingeklemmt. Die Ausrichtung der Kamera erfolgt dann ausschließlich durch Verbiegen der Drahthalterung.

Fazit

Viel billiger ist das Modell 200 jetzt nicht geworden im Vergleich zum Modell 850. Gut, der Raspberry Pi Zero W kostet nur um die 10 Euro (ohne Zubehör) im Vergleich zu über 30 Euro beim Raspberry Pi 3. Kamera Modul und Micro-SD-Karte sind jedoch die selben, wie beim Modell 850. Das Kameragehäuse ist geringfügig billiger, die Halterung aber kaum, wenn ich die Mastschelle mitrechne. Aber die Kamera an sich ist wesentlich kleiner geworden und darum ging es hauptsächlich. Allerdings bietet dieses Gehäuse keinen Platz für einen Bewegungssensor. Die Objekterkennung muss also aus dem Kamerabild erfolgen, oder die Kamera wird abhängig von einer anderen Kamera eingesetzt, die das Triggersignal liefert.

 


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