DTHIS

Este dispositivo se realizó gracias al apoyo del proyecto UNAM-PAPIIT IT103023.

El dispositivo DTHIS nos ayuda a evaluar la calidad del ambiente dentro de salones de clases. EL DTHIS (Dispositivo de Temperatura, Humedad, Iluminación y Sonido) funciona con un microprocesador Raspberry Pi y 3 sensores/hardware diferentes, los cuales a través de una seria de códigos recolectan las variables de interes y las mandan a una plataforma de IoT como Thingsboard.

Piezas del DTHIS

Sensor	Variable	Cantidad	Link
SCD30 Sensirion	Temperatura, CO₂ y Humedad Relativa	1	(https://www.agelectronica.com/detalle.php?p=101020634*)
Fisheye Camera	Luminancia	1	(https://www.agelectronica.com/detalle.php?p=SKU10344*)
Micrófono ambiental USB	dB Maximos, minimos y promedio	1	(https://www.steren.com.mx/microfono-usb-c-de-solapa-para-celular.html)
Ventilador y disipador		1	(https://www.330ohms.com/products/ventilador-con-disipador-de-calor?_pos=3&_sid=9bcb8693a&_ss=r)
Raspberry Pi 4 Model B	Microprocesador	1	(https://www.330ohms.com/collections/raspberry-pi-4/products/raspberry-pi-4-modelo-b-2gb)
POE		1	(https://www.agelectronica.com/detalle.php?p=RASPBERRYPI-POE%sumHAT)

Elementos del repositorio

• En CAD encuentra

  • Planos para 3D de la carcasa

• En calibración encuentra

  • Manual de operación para recrear el DTHIS

• En codigo encuentra

  • Códigos empleados en el SCD30, medición de niveles de ruido, mapas de luminancia

• En diagramas encuentra

  • Imagenes de los diagramas de conexión usados en la documentación

Estructura del repositorio

La estructura del repositorio está planeada para que solamente se descargue el archivo zip, y en tu propia maquina solamente darle el permiso a los scripts para que sean ejecutables pues dichos scripts ya están escritos

Preparar la Raspberry

1. Instalar sistema operativo en la microSD [buscar un video YT y ligarlo]
2. Crear un ambiente virtual de Python llamado dthis en un folder venvs en el home [video]

Para preparar el ambiente virtual, debes instalar los paquetes de requirements.txt

1. Activa el entorno virtual:

source venvs/dthis/bin/activate

2. Instala las dependencias desde el archivo requirements.txt:

python -m pip install -r requirements.txt

• SCD30

• 1. Habilitar comunicación

1. Se teclea lo siguiente en la terminal para entrar al menu de configuración

sudo raspi-config

2. Nos dirigimos al apartado Interface Options.
3. Habilitar I2C
4. Reinicias la Raspi

• 2. Conexión del SCD30

Sigue el siguiente diagrama:

• 3. Script de Python

Ejecuta el script scd30.py.

• Micrófono

1. Armado de circuito

En este caso usaremos un microfono USB-C al cual le pusimos un adaptador de C-USB. Antes de conectar el micrófono debes apagar la Raspi

2. Descargar paqueterias necesarias

sudo apt update
sudo apt install alsa-utils
sudo apt install sox libsox-fmt-all

3. Comprobar micrófono

Para identificar a que puerto está conectado el micrófono, ejecuta el siguiente comando:

arecord -l

Se desplegará lo siguiente:

En este caso card 3 es el puerto al que está conectado el micrófono, por lo tanto al ejecutar el comando para la captura de audio, se deberá definir plughw:3,0.

4. Grabar audio

Para grabar un audio se ejecuta el siguiente comando:

arecord -D plughw:3,0 -f cd -t wav -d 5 -r 44100 audio.wav

Esta instrucción graba 5 segundos, puedes comprobar que todo funciona escuchando el audio que acabas de grabar

5. Concede los permisos necesarios a los scripts de audio

Para que sea posible ejecutar los scripts a traves del crontab es necesario darle permiso con:

chmod +x script.sh

Funciones de cada uno de los scripts:

• grabar.sh: Graba 15 segundos de audio en calidad CD.

• dBmax.sh: Extrae la amplitud máxima del archivo de audio.

• dBmin.sh: Extrae la amplitud mínima del archivo de audio.

• rms.sh: Extrae la amplitud RMS, una medida de la potencia promedio del audio.

• leer.py: Lee los datos previamente extraidos y los mando a nuestra plataforma de IoT

• ejecutable.e: Es el script que ejecuta los scripts en el orden adecuado

• Cámara

1. Conectar la cámara

• Apaga la Raspberry Pi.
• Conecta la cámara al puerto CSI.
• Asegúrate de que la cinta esté bien conectada, con la parte metálica hacia el conector del puerto.

2. Actualizar el sistema

sudo apt update && sudo apt upgrade

3. Reiniciar Raspberry Pi

sudo reboot

4. Tomar una foto

rpicam-still -o imagen.jpg

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Instalación de Radiance

1. Instalar dependencias

sudo apt install csh make gcc g++ libx11-dev tcl tk

2. Descargar Radiance y soporte adicional

wget https://www.radiance-online.org/software/snapshots/radiance-HEAD.tgz
wget https://www.radiance-online.org/download-install/radiance-source-code/latest-release/rad5R4supp.tar.gz

3. Descargar config.guess y config.sub

wget -O config.guess 'http://git.savannah.gnu.org/gitweb/?p=config.git;a=blob_plain;f=config.guess;hb=HEAD'
wget -O config.sub 'http://git.savannah.gnu.org/gitweb/?p=config.git;a=blob_plain;f=config.sub;hb=HEAD'

4. Descomprimir archivos

tar -xvzf radiance-HEAD.tgz
tar -xvzf rad5R4supp.tar.gz

5. Copiar config.sub y config.guess

cp config.sub ray/src/px/tiff/
cp config.guess ray/src/px/tiff/

6. Compilar librería

cd ray/
sudo ./makeall library

• Cuando se pregunte "Where do you want the library files [/usr/local/lib/ray]?", puedes presionar Enter para aceptar la ruta predeterminada. Luego, cuando te pregunte "Install library files now [n]?", responde y (sí).

7. Configurar RAYPATH

Abre el archivo .profile:

nano ~/.profile

Agrega las siguientes líneas al final del archivo:

RAYPATH=.:/usr/local/lib/ray
export RAYPATH

Guarda y cierra el archivo presionando Ctrl + O, Enter, y luego Ctrl + X.

8. Compilar proyecto

Ejecuta el siguiente comando:

sudo ./makeall install

• Cuando te pregunte "What is your preferred editor [vi]?", puedes simplemente presionar Enter para aceptar la opción predeterminada (vi)
• Cuando se te pregunte "Where do you want the executables [/usr/local/bin]?", presiona Enter para aceptar la ruta predeterminada.
• Tras haber presionado Enter se mostrará la licencia de software de Radiance, presiona q para salir de la visualización y luego responde y (sí) para aceptar los términos. Selecciona 2 para Linux cuando se te pregunte por el tipo de sistema.
• Cuando se te pregunte "Do you want to change it?", presiona n (no) para continuar con la configuración predeterminada.

9. Verificar instalación

Para asegurarte de que Radiance se haya instalado correctamente, ejecuta:

which rad

Esto debería devolver la ruta del ejecutable rad si la instalación fue exitosa.

Configuración adicional

1. Instalar raw2hdr

Descarga el software raw2hdr desde aquí (debería descargarse si arrastras el enlace hacia otra pestaña).

• Descomprime el archivo descargado con el siguiente comando, aunque igualmente puedes descomprimirlo sin la necesidad de acudir a la terminal:

  tar -xvzf raw2hdr.tgz

• Tras ello se creará la carpeta raw2hdr en tu home con los siguientes archivos ejecutables:
  • dcraw (Descartar)
  • exiftool (Descartar)
  • hdrgen (Descartar)
  • raw2hdr
• Para que raw2hdr funcione con imágenes DNG, accede al archivo ejecutable raw2hdr y agrega lo siguiente a la configuración del array @exiftags :

  -ISO -ApertureValue>FNumber -FNumber=2.6

• Finalmente para utilizar los comandos de los programas desde cualquier ubicación, los archivos ejecutables deben encontrarse en /usr/local/bin/:

  sudo cp exiftool raw2hdr /usr/local/bin/

2. Instalar programas necesarios

hdrgen

Puedes descargar hdrgen desde aquí (al arrastrar el enlace a otra pestaña se inicia la descarga).

• Descomprime el archivo descargado preferentemente sin acudir a la terminal.
• Tras ello se creará la carpeta hdrgen_AMDRaspian en tu home con los siguientes archivos ejecutables:
  • hdrcvt
  • hdrgen
• Copia los archivos ejecutables hacia /usr/local/bin/:

  sudo cp hdrcvt hdrgen /usr/local/bin/

dcraw

Para instalar dcraw, asegúrate de ejecutar el comando:

sudo apt-get install dcraw

exiftool

Para descargar exiftool, ejecuta la siguiente línea:

wget https://exiftool.org/Image-ExifTool-12.97.tar.gz

• Una vez descargado, descomprime el archivo y accede al directorio:

  gzip -dc Image-ExifTool-12.97.tar.gz | tar -xf -
  cd Image-ExifTool-12.97

• Procede a instalarlo:

  perl Makefile.PL
  sudo make install

3. Instalar bibliotecas de fuentes

Finalmente, necesitas descargar una biblioteca de fuentes para poder visualizar las imágenes:

sudo apt-get install xfonts*

sudo apt-get purge xfonts-75dpi xfonts-100dpi

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Visualización de imágenes .hdr con Radiance

Para visualizar alguna imagen formato .hdr generada tras haber ejecutado el script createHDR.sh, es necesario instalar la biblioteca imagemagick:

sudo apt-get install imagemagick

Ahora ejecuta el siguiente comando:

display /home/ruta/del/archivo/nombre.hdr

• Crontab

* * * * * /home/pi/DTHIS/codigo/ejecutable.e >> /home/pi/DTHIS/codigo/errores_e.log 2>&1
* * * * * /bin/bash -c 'source /home/pi/DTHIS/venvs/dthis/bin/activate && /home/pi/DTHIS/venvs/dthis/bin/python3 /home/pi/DTHIS/codigo/SCD30.py' >> /home/pi/DTHIS/codigo/SCD30.log 2>&1
*/2 * * * * /bin/bash -c 'source /home/pi/DTHIS/venvs/dthis/bin/activate && /home/pi/DTHIS/venvs/dthis/bin/python3 /home/pi/DTHIS/codigo/leer.py' >> /home/pi/DTHIS/codigo/errores_py.log 2>&1
*/30 * * * * /home/pi/DTHIS/codigo/createHDR.sh >> /home/pi/DTHIS/createHDR.log 2>&1