Wildtier-Fotofalle mit dem Pi Zero

Mit einer Fotofalle auf Basis eines Raspberry Pi finden Sie heraus, wer oder was Ihrem Garten bei Nacht einen Besuch abstattet.

Fotofallen sind nicht neu, man findet sie als professionelle Automaten und für den Hobbybereich als kleiner Kasten. Ebenso kompakt soll das Modell für die Gartenüberwachung (Abbildung 1) ausfallen, aber mit innovativem Innenleben. Ein RasPi dient als Schaltzentrale und schießt die Fotos mittels angeschlossener Kamera. Allerdings geht er erst in Betrieb, wenn ein PIR-Sensor eine Bewegung registriert. Danach fällt die Elektronik wieder in den Stromsparmodus zurück. So kann die Fotofalle über Wochen im Gelände stehen bleiben.

Abbildung 1: Unsere Fotofalle schaltet nach einer Aufnahme automatisch wieder auf Stromsparmodus um.

Ein Raspberry Pi Zero W liefert einerseits genügend Leistung und nimmt andererseits so wenig Platz in Anspruch, dass alles in einem kompakten Gehäuse unterkommt. Um ihn in Betrieb zu nehmen, laden Sie ein neues Pi-OS-Image herunter und speichern es auf eine microSD-Karte. Mit angestecktem Bildschirm und Tastatur konfigurieren Sie zunächst die Boot-Optionen und die Netzwerkeinstellungen.

Einen Desktop brauchen Sie dazu nicht. Wählen Sie die automatische Anmeldung per CLI bei aktiviertem SSH und nehmen Sie anschließend von einem Rechner im LAN aus via Terminal alle weiteren Einstellungen vor. Unser Zero soll den der Aufgabe entsprechenden Host-Namen fotofalle bekommen. Für die Dateien im Projekt legen Sie im Home-Verzeichnis einen eigenen Ordner an.

Funktionsweise

Das Auslösen einer Aufnahme übernimmt ein PIR-Sensor, der zuverlässig die Bewegung von Lebewesen im Umfeld erkennt. Das Bild landet dann samt Zeitstempel im Dateinamen auf der SD-Karte des Pi Zero. Um zu überprüfen, ob es neue Aufnahmen gibt, lesen Sie die Speicherkarte vor Ort aus oder bringen den Apparat ins heimische Netz und kopieren dort seine Funde per Wi-Fi-Verbindung.

Beim Kameramodul fiel die Entscheidung auf ein Modell mit Filtermechanik und Fotowiderstand, das je nach Umgebungshelligkeit reagiert. Das ermöglicht nicht nur Aufnahmen bei Nacht ohne IR-Sperre, wie bei einer konventionellen NoIR-Cam, sondern auch Fotos bei Tageslicht. Die sehen dann zwar nicht überbelichtet aus, jedoch etwas farbverfälscht. Doch das stört letztlich ebenso wenig wie die etwas geringere Auflösung im Vergleich zur aktuellen Pi-Cam oder der HD-Variante. Wie bei anderen Wildkameras geht es vor allem ums Erkennen und Dokumentieren. Das größere Objektiv macht sich außerdem gut beim Einbau ins Gehäuse und beim Einstellen der Festbrennweite.

Um trotz eines kräftigen Akkus und eines optionalen Solarpanels eine möglichst lange Zeit in freier Wildbahn funktionsfähig zu bleiben, soll der RasPi nicht ständig laufen. Stattdessen wecken Sie ihn über eine kleine Elektronik mithilfe des PIR-Sensors zuerst auf und schalten ihn nach getaner Arbeit wieder ab (Abbildung 2).

Abbildung 2: Der Blockschaltplan zeigt, wie sich der Pi Zero gezielt ein- und ausschalten lässt.

Die dafür notwendige Software übernimmt das Python-Skript fotofalle.py, das nach dem Hochfahren des Zero startet, die Kamera auslöst und den Rechner danach wieder kontrolliert herunterfährt. Den Ruhezustand erkennt die Steuerelektronik durch Abfrage des seriellen Ports des Pi Zero und kappt dessen Stromversorgung dementsprechend komplett. Danach bleibt nur noch die sparsame Überwachungselektronik der Fotofalle aktiv, um auf das nächste Ereignis am Bewegungsmelder zu reagieren und den Vorgang zu wiederholen. Das Skript, einen Schaltplan und weitere nützliche Informationen zum Nachbau finden Sie in unserem Github-Projekt unter https://github.com/swenae/fotofalle.

Aufbau

Sämtliche Hardwarekomponenten integrieren sich problemlos in ein fertiges Gehäuse mit Gummidichtung. Im Deckel befinden sich eine Bohrung für das Objektiv der Kamera, der Fotowiderstand sowie die Kuppel des Bewegungsmelders. Hinten im Deckel sitzt zudem eine Echtzeituhr, seitlich gibt es eine Öffnung für das OLED-Display. Im Inneren platzierten wir links den Akku, rechts daneben den Pi Zero, die Ladeplatine und sonstige Elektronik im Sandwich (Abbildung 3). Der Kasten “Bauteilliste” fasst alle Komponenten zusammen.

Abbildung 3: Alle einzubauenden Komponenten passen problemlos in ein kleines Gehäuse.

An der geschützten Gehäuseunterseite verfügt die Fotofalle über Anschlüsse für ein 5-Volt-Netzteil zum externen Laden, einen Infrarotscheinwerfer und die Steckverbindung zum Solarpanel. Letzteres bekommt noch einen Einschub ganz oben am Gehäuse und dient somit gleichzeitig als kleines Vordach zum Regenschutz.

Ein erster Schalter ist in der Stromversorgung integriert. Für eine längere Außerbetriebnahme trennt ein weiterer Schalter den Akku von der Schutzschaltung und der Ladeelektronik. Ein U-Profil an der Gehäuserückseite nimmt einen Erdspieß oder Riemen auf, um die Wildtierkamera vor Ort variabel anbringen zu können.

Echtzeituhr

Eine Kombination aus Zeitstempel per Real-Time-Clock (RTC) und Zufalls-String soll die aufgenommenen Bilder kennzeichnen. Allerdings besitzt der Pi Zero keine eingebaute RTC und muss sich die korrekte Zeit normalerweise von einem NTP-Server holen. Um im Gelände auch ohne Internet-Verbindung einen Zeitstempel für geschossene Fotos zu generieren, müssen Sie der Fotofalle zusätzliche Hardware spendieren.