Schlagwort-Archive: Elektronik

Testaufbau: Natur-Sound-Schnipsel mit dem Raspberry Pi aufnehmen

Natur-Soundschnipsel mit dem Raspberry Pi Zero aufnehmen

Sei die erste, die diesen Beitrag teilt.

Mit wenig Aufwand kann ein Raspberry Pi Zero als automatischer Natur-Sound-Aufnahmeroboter fungieren. Erster Einsatz dieser Lösung wird die akustische Überwachung eines Bienenvolkes im Vorhaben #biene40 des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften der Hochschule Niederrhein sein. Die kleine Anleitung zeigt im ersten Teil die Basics zum Nachbauen in 30 Minuten.

Benötigte Materialien

Sie benötigen:

  1. Einen Raspberry Pi Zero W.
  2. Einen OTG Adapter.
  3. Eine Electret Mikrofon Kapsel. Alternativ nehmen Sie ein fertiges Mikrofon, das schon einen passenden kleinen Klinkenstecker hat.
  4. einen kleinen Lautsprecher oder Kopfhörer.
  5. Einen Audio USB Konverter.

Die Gesamtausgaben sollten 25€ nicht übersteigen. Im Netz gibt es einige Hinweise, welche Audio USB Konverter geeignet sind. Hier wurde mit einem billigen Modell („Sabrent USB Externe Soundkarte für Windows und Mac“, 6,99 bei einem großen Versender) experimentiert, dessen Klangqualität des Mikrofoneingangs subjektiv selbst die eines Macbook schlägt. 

Aufbau

Der Aufbau ist denkbar einfach. Über den OTG-Adapter schließen Sie den Audio USB Konverter an den Raspberry Pi Zero an. An die rosa Buchse kommt das Mikrofon. Dazu löten Sie an das Anschlusskabel einen kleinen Klinkenstecker und stecken den in die rosa Buchse. In die grüne Buchse kommt ein Lautsprecher oder ein Kopfhörer für den Test, ob die Audioaufnahme funktioniert.

Zum Soundschnipsel in fünf Schritten

  1. Zuerst stellen Sie mit lsusb fest, ob der Raspberry den Audio USB Konverter erkannt hat.
pi@raspberrypi:~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0d8c:0014 C-Media Electronics, Inc. 
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

2. Eine Anzeige der Eingabegeräte erhalten Sie mit arecord -l (ein „L“, keine „1“), eine Anzeige der Ausgabegeräten mit aplay -l.. In diesem fall ist es „card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]„.

pi@raspberrypi:~ $ arecord -l
**** List of CAPTURE Hardware Devices ****
card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
pi@raspberrypi:~ $ aplay -l
**** List of PLAYBACK Hardware Devices ****
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 0: bcm2835 ALSA [bcm2835 ALSA]
  Subdevices: 7/7
  Subdevice #0: subdevice #0
  Subdevice #1: subdevice #1
  Subdevice #2: subdevice #2
  Subdevice #3: subdevice #3
  Subdevice #4: subdevice #4
  Subdevice #5: subdevice #5
  Subdevice #6: subdevice #6
card 0: ALSA [bcm2835 ALSA], device 1: bcm2835 ALSA [bcm2835 IEC958/HDMI]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0
card 1: Device [USB Audio Device], device 0: USB Audio [USB Audio]
  Subdevices: 1/1
  Subdevice #0: subdevice #0

3. Bevor Sie das Mikrofon testen können, schalten Sie es mit amixer ein. Andernfalls kann es sein, dass sie sehr stille Sounddateien aufnehmen.

pi@raspberrypi:~ $ amixer -c 1
Simple mixer control 'Speaker',0
  Capabilities: pvolume pswitch pswitch-joined
  Playback channels: Front Left - Front Right
  Limits: Playback 0 - 37
  Mono:
  Front Left: Playback 17 [46%] [-20.00dB] [on]
  Front Right: Playback 17 [46%] [-20.00dB] [on]
Simple mixer control 'Mic',0
  Capabilities: pvolume pvolume-joined cvolume cvolume-joined pswitch pswitch-joined cswitch cswitch-joined
  Playback channels: Mono
  Capture channels: Mono
  Limits: Playback 0 - 31 Capture 0 - 35
  Mono: Playback 16 [52%] [-7.00dB] [off] Capture 20 [57%] [8.00dB] [on]
Simple mixer control 'Auto Gain Control',0
  Capabilities: pswitch pswitch-joined
  Playback channels: Mono
  Mono: Playback [on]
pi@raspberrypi:~ $ 

4. Testen Sie mit arecord, ob Sie mit dem angeschlossenen Mikrofon nun eine Aufnahme anfertigen können. Die Sounddatei sollten Sie dann mit ls sehen.

pi@raspberrypi:~ $ arecord -d 5 -f cd -t wav -D plughw:1,0 test1.wav
Recording WAVE 'test1.wav' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 44100 Hz, Stereo
pi@raspberrypi:~ $ ls -l
total 2592
-rw-r--r-- 1 pi pi  882044 Feb 22 12:15 test1.wav
-rw-r--r-- 1 pi pi 1764044 Feb 22 11:22 test.wav
drwxrwxrwx 2 pi pi    4096 Feb  9 23:20 wave27
pi@raspberrypi:~ $

5. Ob die Aufnahme gut funktioniert hat, testen Sie, indem Sie die Datei gleich über den USB-Audioconverter mit aplay ausgeben.

pi@raspberrypi:~ $ aplay --device=hw:1,0 test1.wav
Playing WAVE 'test1.wav' : Signed 16 bit Little Endian, Rate 44100 Hz, Stereo
pi@raspberrypi:~ $

Wenn Sie bis hierhin erfolgreich waren, können  Sie den Aufbau nun in eigene Projekte einbinden.

Energieverbrauch

Der Aufbau benötigt im Betrieb mit 5V durchschnittlich 153mA. Bei Ausgabe von Audiodaten steigt der Stromhunger auf über 200 mA. Entfernt man den USB-Audio-Konverter, sinkt der Strombedarf auf 118 mA. Der Konverter benötigt also im „Leerlauf“ 35 mA. Das sollte bei einer Versorgung mit Batterien oder Power Bank berücksichtigt werden. Einen Test verschiedener Betriebsweisen mit Batterie- und Akkusorten finden Sie in einem separaten Beitrag.

Es ist möglich, im laufenden Betrieb den USB-Audio-Konverter abzuziehen und wieder anzustecken. Nach etwa 3 Minuten wird der Konverter wieder  erkannt.

Anwendungsmöglichkeiten

Basierend auf diesem Testaufbau lassen sich verschiedene Projekte leicht realisieren:

    • Mit CRON können Sie die Aufnahmen automatisieren, z.B. jede Stunde einen kurzen Soundschnipsel aufnehmen.
    • Die Soundschnipsel können Sie mit scp auf Ihre Notebook übertragen und dann mit z.B. Audacity analysieren.
    • Die Soundschnipsel können Sie auf einen Internetserver übertragen und damit aus der Ferne kontrollieren, was sich gerade in Ihrem Haushalt so tut.
  • Mit Hilfe des Testaufbaus könnten Sie Ihren Hummelnistkasten überwachen, ob schon Hummeln eingezogen sind.

Quellen

Ausgabe über USB Testen: https://learn.adafruit.com/usb-audio-cards-with-a-raspberry-pi/testing-audio

Sprachsteuerung selber bauen für die Hausautomatisierung: https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-sprachsteuerung-selbst-bauen/

Audio über Raspberry Pi abspielen: https://dafrk-blog.com/de/audio-ueber-raspberry-pi-abspielen-mittel-und-wege/

Batterie- und Akkutest für den Raspberry Pi Nano W

Batterie- und Akku-Test für den Raspberry Pi

Sei die erste, die diesen Beitrag teilt.

Wie soll man am besten einen Raspberry Pi unterwegs mit Strom versorgen? Welcher Energieträger ist überhaupt geeignet? Wie lange halten die Batterien und Akkus? Bleigel, Kohle-Zink, Nickel-Metallhydrid oder doch Lithium-Polymer? Eine Entscheidungshilfe sollen die hier aufgeführten Tests liefern. Bis jetzt wurden 3 unterschiedliche mobile Stromquellen getestet. Die Testreihe wird nach und nach erweitert.

Ziel und Motivation für diese Tests

Ziel des Test ist es, verschiedene Stromlieferanten nur für einen spezifischen Einsatzzweck – mobiler Betrieb eines Raspberry Pi – zu vergleichen.

Ziel ist es nicht, einen objektiven, allgemeingültigen Vergleich über die Güte der verwendeten Stromquellen anzustellen.

Im Ergebnis soll der Test eine Auswahlentscheidung für den mobilen, unabhängigen Betrieb z.B. in IoT-Szenarien unterstützen. Auslöser war die Problemstellung, für die Beobachtung des Brutverhaltens von Singvögeln eine geeignete Stromversorgung zu finden.

Testmethodik

Als Messgerät und als Verbraucher wird ein Raspberry Pi Zero W verwendet. Als Betriebssystem kommt Raspbian Stretch (Stand November 2018) zum Einsatz. An den Raspberry ist ein 2,7 Zoll e-Ink-Display angeschlossen. Ein Python-Script schreibt jede Minute die IP-Adresse des Raspberry  und die aktuelle Uhrzeit auf das Display. Der Start des Python Scripts erfolgt über einen CRON-Eintrag. Bluetooth und WLAN sind eingeschaltet, der Raspberry logt sich beim Start in ein privates Netz ein.

Der Raspberry wird für einen Testfall mit den zu testenden Batterien / Akkus … betrieben.

Beim Start wird die angezeigte Uhrzeit notiert. Der Raspberry wird so lange laufen gelassen, bis die Betriebsspannung nicht mehr ausreicht. Das e-Ink Display zeigt die zuletzt ausgegeben Uhrzeit auch stromlos an. Die Differenz zwischen Startzeit und zuletzt angezeigter Uhrzeit ist die Laufzeit. Die Laufzeit für verschieden Batterien / Akkus ist in Tab. 1 zusammengefasst.

Testkandidaten

Bis heute wurden getestet:

  1. Aldi AA Batterien 4 Stück: Vier blaue Batterien AAA mit der Aufschrifft „Active Energie Super Alkaline“ werden in Reihe in einem Batteriehalter mit Micro-USB-Anschluss zusammengefasst. Nach dem Entladen konnte noch bis zu 2 A Strom entnommen werden, die Leerlaufspannung lag bei 1,2V
  2. Aldi AA Akkus 2.500 mAH 4 Stück. Nach dem Entladen war eine Zelle völlig leer, drei zeigten um die 0,9 V Leerlaufspannung, bei einer konnte noch 1 A Strom entnommen werden.
  3. Aldi Powerbank 5200 mAh:  Die Powerbank gab es als Angebotsaktion. Die Powerbank hat einen Einschalter und vier bleue Leuchtdioden für den Ladestand. Die Powerbank schaltet sich von selber aus, wenn der Ladestand gering ist oder kein Strom abgenommen wird.
  4. Eneloop NiMH Akkus 1900mAh 4 Stück: Vier weiße Eneloop-Akkus werden in Reihe in einem Batteriehalter mit Micro-USB-Anschluss zusammengefasst. Die Akkus wurde frisch in einem Ansmann Schnellladegerät mit Einzelschachtüberwachung geladen. Die Akkus hatten schon etwa 15 Ladezyklen hinter sich.
  5. sf-trade-gmbh 1300mAH Powerbank weiß-orange mit Taschenlampe. Mit drei Ausgangsbuchsen. Kann gleichzeitg geladen und entladen werden.

Testergebnisse

Die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle Tab. 1 zusammengestellt.

Stromquelle Laufzeit hh:mm
Aldi AA Batterien 4 Stück 18:32
Aldi AA Akkus 2.500mAH 4 Stück 18:33
Aldi Powerbank 5.200mAh 23:44
Eneloop NiMH Akkus 1.900mAh 4 Stück 15:47
sf-trade Powerbank 13.000mAH 18:58

Tab. 1 Testergebnisse

Fazit

Angaben der Hersteller auf Batterien oder einem Akkupack lassen nur bedingt einen Schluss darauf zu, wie lange für eine konkrete Aufgabenstellung  der Strom reicht. Unter anderen Testbedingungen, z. B.mit einem stromsparenden ATtiny85,  hätten vielleicht Zink-Kohle-Batterien aufgrund der geringeren Selbstentladung das Rennen gemacht. Aus den bisherigen Tests kann festgehalten werden:

  1. Die längste absolute Laufzeit erreicht die Aldi Powerbank 5200 mAh.
  2. Überraschend gut sind die Disounter- (Aldi) Batterien.
  3. Noname Powerbanks halten nicht, was sie versprechen.

Anhang Python Script

#!/usr/bin/python
# uhr.py
# schreibt Datum und Uhrzeit auf das E-Paper Diskplay
# Claus Brell
# 01.02.2019
 
import epd2in7
import time
from PIL import Image,ImageDraw,ImageFont
import traceback
import commands
 
try:
    epd = epd2in7.EPD()
    epd.init()
    # Bild aufbauen
    Himage = Image.new('1', (epd2in7.EPD_HEIGHT, epd2in7.EPD_WIDTH), 255)  l
    print "Drawing"
    draw = ImageDraw.Draw(Himage)
    font36 = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 36)
    font96 = ImageFont.truetype('/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeSans.ttf', 96)
    # IP Adresse beschaffen
    ausgabe=commands.getoutput('hostname -I')
    draw.text((10, 0),ausgabe, font = font36, fill = 0)
    # Datum und Uhrzeit
    ausgabe=time.strftime("%d.%m.%Y")
    draw.text((10, 40),ausgabe, font = font36, fill = 0)
    ausgabe=time.strftime("%H:%M")
    draw.text((10, 80),ausgabe, font = font96, fill = 0)
    epd.display(epd.getbuffer(Himage))
except:
    print 'traceback.format_exc():\n%s' % traceback.format_exc()
    exit()

Spannungen messen mit dem CALLIOPE mini – Gamification in der Wirtschaftsinformatik

Sei die erste, die diesen Beitrag teilt.

CALIOPE mini und Gamification.

Der Raspberry Pi und der Arduino lassen sich als „Spielzeuge“ für Studierende der Wirtschaftsinformatik einsetzen, um einen ersten Zugang zur Programmierung oder – in den höheren Semestern – einen Einstieg in Themen wie Internet of Things (IoT), smart home und smart factory zu gewinnen. Noch niederschwelliger könnte das mit dem CALLIOPE mini gelingen, der für die ersten Experimente ohne zusätzliche Materialien auskommt. Der CALLIOPE mini wurde für dritte Grundschulklassen entwickelt und kommt etwas verspielt daher. Immerhin lässt er sich als „Spannungsschätzgerät“ einsetzen. Zunächst wird beschrieben, wie der CALLIOPE mini in Gamification-Konzepte passt. Danach wird dann der der konkrete Aufbau beschrieben. Ein youtube Video zeigten den „CALLIOPE in action“:

CALLIOPE mini adressiert die Spielertypen „Explorer“ und „Socializer“.

Der CALLIOPE mini hat Sensoren und eine LED-Matrix an Bord, die sehr einfach und schnell in Betrieb genommen werden können. Das lädt zum Experimentieren und „Erforschen“ ein, der Spielertyp „Explorer“ sollte hierdurch adressiert werden (Bartle 1996). In den kommenden Semestern soll der CALLIOPE mini alternativ zum oder in Kombination mit Raspberry Pi und Arduino in Kleingruppenprojekten (Hochschullehre) eingesetzt werden. Die letzten Semester zeigten, dass Weiterlesen