Nistkästen mit der Pi-Cam ins Internet bringen

© Computec Media GmbH

Meisencam

Mit einem RasPi, einer NoIR-Pi-Cam und etwas Elektronik bauen Sie für unter 100 Euro ein digitales Auge, mit dem Sie behutsam Singvögel in der Natur beim Brüten beobachten.

Beim Beobachten von Vögeln, insbesondere wenn diese brüten, kommt es darauf an, sie nicht zu stören. Ein Projekt an der Hochschule Niederrhein hat die Aufgabe – einen möglichst wartungsfreien Beobachtungsstand für Höhlenbrüter – mit einem Raspberry Pi gelöst, der außerdem die Bilder direkt ins Netz stellt. Mehrere Schulen und ein Hegering (die Gemeinschaft der Jäger einer Gemeinde) wollen in Zukunft ihre Nistkästen mit der hier vorgestellten Technik ausstatten.

Vorbereitungen für die Konzeption eines Bausatzes für den autarken Betrieb, etwa in Schulgärten oder mitten im Wald, sind schon in Arbeit. In zwei Zyklen erproben die Teilnehmer den Prototyp bis Ende Dezember 2017 in diversen Aufbauten. Klappt alles wie geplant, gehen die Geräte in der Brutperiode im Frühjahr 2018 in die freie Wildbahn. Die Ergebnisse des Projektes fließen zudem ins "RaspiLab" ein, die Raspberry-Pi-Workshops für Lehrer und Schüler an der Hochschule Niederrhein [1].

Die Heinz-Sielmann-Stiftung unterstützt das Vorhaben. Das veranlasste möglicherweise eine überregionale Tageszeitung dazu, unter dem Titel "Auf den Spuren von Heinz Sielmann" über das Projekt zu berichten. Dabei hatten die Studenten der Wirtschaftsinformatik ursprünglich eher Themen wie das Internet der Dinge und Industrie 4.0 vor Augen, als sie die Komponenten für den Internet-Nistkasten entwickelten.

Die Grundidee des Projekts ist dabei ganz einfach: Letztendlich handelt es sich um eine intelligente, im Nistkasten montierte Webcam mit einer Software zum Erkennen von Bewegung, in Kombination mit Sensoren zum Überwachen der Tastatur. Der Raspberry als digitaler Beobachter erlaubt es allerdings, anders als bei fertigen Geräten aus der Ferne und im laufenden Betrieb Programme und Parameter zu ändern und die Lösung damit flexibel an neue Rahmenbedingungen anzupassen. Schon früher hatte der Autor Nistkästen mit Analogtechnik-Kameras ausgestattet. Der RasPi ermöglicht jedoch preisgünstigere und konfigurierbare Systeme, deren Nachbau außerdem jedem offensteht.

Für einen Nachbau benötigen Sie einen Nistkasten, einen Raspberry Pi mit Kameramodul sowie etwas Elektronik. Die Einzelheiten entnehmen Sie bitte der Stückliste in der Tabelle "Materialliste".

Materialliste

Komponente

Material

Nistkasten

3S-Fichtenplatten (Kasten und Elektronikabdeckung), 12-mm-Pappelsperrholz (Einfluglochstutzen), Holzkeil (unter Einfluglochstutzen).

Beobachtung

RasPi 2B, Infrarot-Kamera, SD-Karte (8 GByte), WLAN-Stick, USB-Steckernetzteil mit 2500 mA.

Beleuchtung

Je 2 Infrarot- und Weißlicht-LEDs, 4 Widerstände 100 Ohm, 2 Widerstände 1,5 kOhm, 2 Transistoren BC457B oder ähnlich.

Temperaturmessung

Digitale Temperatursensoren DS1820, Widerstand 4,7 kOhm.

Aufbau

Lüsterklemmen, farbiger Draht, Lötzinn.

Aufbau

Der eigentliche Nistkasten stammt noch aus einem Vorgängerprojekt mit einer analogen Kamera und hat sich über mehrere Brutperioden hinweg bewährt. Allerdings zeigte sich, dass er für ein Gelege mit bis zu elf Meisenküken etwas zu klein ausfällt. Bei einem Nachbau des Projekts lohnt es sich, auf einen der nicht ganz billigen, aber bei Meisen beliebten Betonkästen zu setzen. Ebenso gibt es beim Naturschutzbund Deutschland Bauanleitungen für geräumigere Nistkästen [2].

Sie leimen den Kasten aus 3S-Fichtenplatten zusammen (Abbildung 1). Um im Innern das Ambiente einer Baumhöhle zu erzeugen, runden Sie die inneren Ecken mit Dreikanthölzern ab. Die Frontplatte mit dem durch einen Kanal verlängerten Einflugloch befestigen Sie einfach mit zwei Schrauben durch die Seitenwände. Der Durchmesser des Einfluglochs sollte für Kohlmeisen 3,2 Zentimeter und für Blaumeisen 2,5 Zentimeter im Durchmesser betragen.

Abbildung 1: Bauen Sie den Nistkasten komplett neu, lohnt es sich, über ein etwas geräumigeres Modell nachzudenken.

Der vorgesetzte Kanal dient dazu, Elstern, Katzen, Wieseln und Eichhörnchen, die sich alle sehr für Eier und Meisenküken interessieren, den Zugang zum Nest zu erschweren. Wollen Sie keinen Kanal aus Holz bauen, weichen Sie auf ein 4 Zentimeter langes abgesägtes Stück Installationsrohr aus Plastik aus; bei Betonkästen hat sich das bereits bewährt.

Elektronik

Der obere Deckel des Nistkastens (Abbildung 2) nimmt einen Teil der Elektronik auf: weiße Leuchtdioden mit Transistorsteuerung, Infrarot-Leuchtdioden und einen Temperatursensor. In die Mitte des oberen Deckels bohren Sie ein Loch von 2,5 Zentimeter Durchmesser, in das Sie eine Linse aus Kunststoff mit etwa 2 Dioptrien (Brennweite 50 Zentimeter) kleben. Die Linse wirkt zum einen als Lupe und stellt die Kamera auf den recht kurzen Abstand scharf, zum anderen hält sie Spinnen, kleine Wespen und den neugierigen Schnabel der Meisen von der Kameralinse fern.

Abbildung 2: Im Nistkastenkopf bringen Sie einen Teil der benötigten Elektronik unter.

Die weißen Leuchtdioden schalten Sie bei Bedarf über den RasPi ein und aus (Abbildung 3). Insbesondere bei den ersten Besichtigungen des Nistkastens durch Vögel sollten sie aus bleiben, da sich die Meisen durch das Licht irritiert fühlen und immer wieder versuchen, an den Dioden herumzupicken.

Abbildung 3: Der Schaltplan der Beleuchtung enthält die Möglichkeit, die Beleuchtung durch die weißen Dioden über den RasPi abzuschalten.

Abbildung 4 zeigt den Schaltplan für einen Temperatursensor. Planen Sie mehrere Messstellen, schließen Sie über die serielle Schnittstelle einfach weitere DS1820 an. Während der Entwicklung gab es Probleme mit der Micro-SD-Karte, die einen Eingriff am Nistkasten erforderlich machten. Durch die ständigen Zugriffe der Prozesse war anscheinend die maximale Anzahl der Schreibzugriffe für die SD-Karte erreicht. Beim Nachbau wäre also zu überlegen, die Kamera mit einem 75-Zentimeter-Flachkabel anzuschließen und den RasPi statt wie in Abbildung 5 besser in ein separates Gehäuse einzubauen. Bei Wartungsarbeiten wären so die Störungen in der Brutzeit minimiert (siehe Kasten "Austauschbar").

Abbildung 4: Wollen Sie mehr als einen Temperatursensor in den Aufbau integrieren, schließen Sie diese über die serielle Schnittstelle an.
Abbildung 5: Im Prototypen ist die Kamera im Kopf des Nistkastens verbaut, was aber bei Wartungen dazu führt, dass Sie die brütenden Vögel stören.

Nach dem Aufbau des Nistkastens geht es weiter mit dem Aufsetzen des Systems und Einrichten der Software. Die Topologie und das Zusammenspiel der Software-Komponenten zeigt Abbildung 6.

Abbildung 6: Haben Sie den eigentlichen Nistkasten zusammengesetzt, geht es an das Verbinden der zusätzlichen Hardware sowie das Aufspielen der Software.

Austauschbar

Während der umfangreichen Tests zu diesem Projekt zeigte sich die beschränkte Lebensdauer von SD-Karten. Während der Brutperiode ist es sicherlich ungünstig am Nistkasten herumzubasteln, Sie sollten daher darauf achten, dass die Hardware zugänglich bleibt und sich die SD-Karte austauschen lässt, ohne die Vögel zu sehr zu stören.

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