CatCam - Einführung und technischer Hintergrund

Es gibt nun eine FAQ und weitere technische Unterlagen. Diese finden sich unter Support + Fragen.

Neuerdings gibt es eine neuere Version der VQ1005 Kamera. Identisches Design aber mit 3 Megapixel Auflösung. Die Bezeichnung ist VQ3005. Es scheint jedoch dass die Verschlußzeit bei der Belichtung länger ist als bei der 1MPixel Variante. Dies resultiert beim Einsatz als CatCam vermutlich in mehr verwackelten Bildern.

Manchmal habe ich Ideen mit einer gewissen Herausforderung - oder eben verrückt wie manche Leute sagen. Dieses Mal dachte ich über unsere Katze nach die den ganzen Tag draußen unterwegs ist. Sie kommt manchmal hungrig zurück, manchmal nicht, manchmal mit Kampfspuren, manchmal dreckig und manchmal bleibt sie auch die ganze Nacht weg.
Wenn die Katze dann endlich zurück kommt frage ich mich was er (Mr. Lee ist ein Kater) denn die ganze Zeit gemacht hat und wo er war. Dies brachte mich auf die Idee die Katze mit einer Kamera auszurüsten. Der Plan war eine kleine Kamera an seinem Hals zu befestigen die alle paar Minuten ein Foto machen sollte. Wenn er dann zurück kommt würde die Kamera seinen Tag zeigen. Zuerst dachte ich Live-Bilder mit einer Funkkamera zu übertragen, aber die Ausrüstung war zu teuer und der Batteriebedarf zu hoch.

So war die Idee geboren und wurde in diese Aufgaben unterteilt:

• Eine kleine, leichte und billige digitale Kamera finden
• Eine Steuerung für die Kamera entwickeln
• Die Kamera vor der Katze schützen
• Die Einheit an der Katze befestigen

Es muss beachtet werden, dass bereits ein Halsband am Hals einer Katze ein gewisses Sicherheitsrisiko birgt. Da Katzen in allen möglichen Ecken herumschleichen kann sich etwas im Halsband verfangen und die Katze sich damit erwürgen. In den USA sind Halsbänder mit Sicherheitsfunktion gängig. Diese reißen ab einer bestimmten Zugkraft auf, das Halsband und alles was daran hängt ist verloren. An dieser Stelle muss überlegt werden was wichtiger ist: Die Kamera oder das Leben der Katze.

Beste Wahl: VistaQuest VQ1005 Digital Keychain Camera

• Sucher nutzlos
• SRAM Speicher verliert den Inhalt wenn die Batterie leer wird. Deshalb ist die SD Kartenoption sehr nützlich.
• Die Kamera "frisst" Batterien, kein Wunder denn die aktive Stromaufnahme ist ca. 200mA und das SRAM ist dauerversorgt (3mA).
• Schlechte Leistung bei Dunkelheit oder schlechten Lichtverhältnissen.
• Kein Blitz.

Für mein Projekt war die VistaQuest Digital Keychain Camera genau die Kamera die ich gesucht hatte. Mein Ziel war nun die Kamera mit einem Mikrocontroller zu steuern, um Aufnahmen in bestimmten Zeitabständen zu machen. Die VistaQuest machte es hier wirklich einfach. Es ist möglich die Schaltung auch bei ausgeschalteter Kamera zu versorgen. Der Grund dafür ist ein eingebauter DC/DC Wandler der die Batteriespannung von 1.5V auf 3.3V anhebt. Der DC/DC Wandler arbeitet immer weil damit das SRAM, in dem die Bilder normalerweise gespeichert werden, dauerversorgt wird. Ich hatte somit nur meinen Mikrocontroller an die interne Kameraversorgung zu hängen, keine extra Batterie oder Wandler war notwendig.
Ein weiteres einfaches Unterfangen ist es die Kamera mit dem Mikrocontroller zu bedienen. Mit nur zwei Tastern, intern hochgezogen, war es ziemlich leicht die uC Ports anzuschließen. Noch besser war, dass das Atmel AVR incircuit Programmierinterface mit den Steuerfunktionen geteilt werden konnte. So dass die Spannungsversorgung und Kamera-Kontrollsignale am gleichen Stecker angeschlossen sein können.
Der verbleibende Platz in der Kamera ist groß genug, um die uC Schaltung unterzubringen sofern ein kleines Chipgehäuse gewählt wird (z.B. TSOP oder SOIC).
Um Batteriekapazität zu sparen senkte ich den Takt des uC internen Oszillators auf 0.5 MHz ab. Alle Schnittstellenpins werden im Ruhezustand in den energieärmsten Zustand geschaltet. Zudem wird natürlich die Kamera nur aktiviert wenn ein Bild aufgenommen werden soll (größte Stromsparmöglichkeit).

Speziell zu berücksichtigen: Es muss beobachtet werden ob die Batteriehalterung die Batterie auch während mechanischen Schocks sicher kontaktiert. Spannungsverlust bei Schreibzugriffen auf den Flashspeicher kann zu einer Beschädigung der SD Karte führen. Siehe zusätzliche Verbesserungen.
Um den Mikrocontroller vor Zerstörung bei langsam abfallender Versorgungsspannung zu schützen (Batterie wird leer) sollte eine Brown-Out Sicherungsfunktion aktiviert werden.

Signale zur Steuerung der Kamera können auf der gezeigten Platine gefunden werden: O=Ein/Aus (low active), M=Masse, P=3.3V Versorgung.

Das Signal für den Auslöser ist auf der zweiten Platine am Schalterkontakt T (low active).

Das Bild zeigt die Schaltung für den Mikrocontroller auf Basis eines Attiny2313. Später schwenkte ich auf den kleineren Attiny13 um (nur 8 Pins). Es ist zu sehen wie das Interface sowohl zum Programmieren als auch für die Kamerasteuerung verwendet wird.

Hier ist die Mikrocontroller-Schaltung zu sehen welche an die Kamera angeschlossen ist, um sie zu steuern.

Auf der Rückseite der Steuerschaltung ist der Stecker welcher in die Kamera gesteckt wird und auch zum Programmieren des uC dient.

Hier kann man die Steuerschaltung sehen wie sie an der Kamera hängt. Der grüne Stecker passt auf das Programmierinterface der Steuerschaltung.

• uC Timer Interrupt erhöht Zeitzähler
• Wenn der Zeitzähler entsprechend der eingestellten Wartezeit ist, dann wird die Kamera eingeschaltet.
• Es wird ein Bild aufgenommen
• Kamera wird wieder ausgeschaltet
• uC Pinbeschaltung wird in den Zustand der geringsten Stromaufnahme gebracht.
• Zeitzähler wird auf Null gesetzt

Die Kamera wurde von ihrem Originalgehäuse restlos befreit und war somit nackt. Ich wollte das Gehäuse nicht opfern sondern aufheben, um die Kamera beim Fehlschlag komplett zurückbauen zu können. Für eine Normalanwendung mit dem Endziel Cat Camera kann man evtl. auf ein extra Gehäuse verzichten und das Originalgehäuse mit Klebeband gegen gröberes Schützen. Allerdings entfällt damit der Einsatz einer größeren Batterie.

Ich dachte der schwierigste Teil des Projektes wäre mit der Entwicklung der Software und dem Löten der Steuerschaltung erledigt. Jedoch war das Gehäuse zum Schutz der Kamera weitaus schwieriger. Man kann sich nicht vorstellen was für Anforderungen erfüllt sein müssen wenn man seine Katze mit einer Kamera ausrüsten möchte. Ich baute ein kleines Gehäuse aus schönen schwarzen Plastikplatten und befestigte es am Halsband der Katze für Testzwecke. Dieses Gehäuse war das letzte Mal gesehen als die Katze aus der Tür lief. Vermutlich waren die Drähte welche ich zum befestigen verwendete nicht stark genug. Oder irgendjemand hat die Katze von dem interessant aussehenden Anhängsel befreit.
Für den zweiten Versuch benutze ich die Verpackung eines Kinderspielzeugs (um genau zu sein ein Kinderüberraschungsei) und belud es mit einem Stein um eine gewisse Grundlast zu erreichen. Dies befestigte ich wieder am Halsband von unserem Kater Mr. Lee. Dieses mal kam das Teil wieder zurück - außen dreckig und zerkratzt, innen feucht. Was zum Teufel macht die Katze !? Dies hob zumindest die Anforderungen für ein Schutzgehäuse erheblich an:

• Schlagfest - Katze springt vom Baum, Gehäuse schlägt auf den Boden.
• Kratzfest - Katze kratzt sich mit den Krallen oder schleicht über dem Boden
• Wasserfest - Wenn die Katze aus dem Bach trinkt hängt das Teil um ihren Hals im Wasser.
• Diebstahlsicher - Wenn die Ausrüstung die Aufmerksamkeit auf sich zieht wird es die Katze gerne loswerden, speziell wenn es einfach entfernbar ist.

Hier das letztendliche Ergebnis für das Schutzgehäuse. Die obere Öffnung wird mit einem Stück Plastik verschlossen welches mit Klebeband angebracht wird. Ich machte das Gehäuse aus einem flachen Plastikdeckel welchen ich in Teile zerschnitt. Das Material war PP (Polypropylen) welches etwas flexibel ist jedoch dummerweise nicht mit normalem Plastik- oder Epoxidkleber zu kleben ist. Deshalb benutzte ich Heißkleber welcher ziemlich gut auf PP haftet. Das ganze Gehäuse ist wasserfest, die Linse der Kamera ist mit einem dünnen klaren Plexiglasblättchen abgedeckt.

Ich habe viele Fragen bezüglich des Gehäuses und des Materials erhalten. Hier findet sich eine Anleitung zum Gehäusebau.

Der große Moment Nr. 1: Das Halsband mit der Kamera der Katze anlegen. Die Reaktion war zuerst nicht sonderlich erfreut, wurde letztendlich aber akzeptiert. Realitätsprüfung bestanden :-)

So, hier ist Mr. Lee mit der Beobachtungskamera zu sehen bevor er auf Tour geht.

Großer Moment Nr. 2: Die Katze kehrt mit der Ausrüstung zurück. Dazwischen liegt Bangen wie bei einer Marsmission in die man nicht eingreifen kann. Ich konnte es nur schwer erwarten das Halsband abzunehmen, das Gehäuse zu öffnen, SD Karte zu entfernen und in den PC zu schieben um dann zu sehen wie es funktioniert hat.