La primera vez que vi un analema, me dije a mi mismo que tenía que componer uno. Por aquel entonces, mi vivienda no tenía vistas al Sol y dejé aparcado el proyecto para cuando pudiera elaborarlo. No ha sido hasta ahora, después de varios años, cuando he visto la posibilidad de llevarlo a cabo.
La idea me surgió mientras estudiaba el lenguaje de programacón “Python”. Allí me encontré con unas líneas de código del módulo Picamera para la Raspberry Pi (rPi en adelante) que se utilizaba para tomar fotografías. Trabajando con eso me vino a la cabeza la posibilidad de utilizar ese dispositivo para la creación del analema que una vez tuve en mente, ya que mi vivienda actual si tenía las vistas necesarias para realizar un proyecto como este.
La rPi ya la conocía, pues monté el sistema domótico de mi casa con ella. El tema fotográfico nunca lo he dominado así que, obtener un analema, era todo un reto para mi y me propuse crearlo utilizando la cámara de la rPi y programarlo todo con Python. Pero fui más allá, decidí que lo iba a documentar en una web, desarrollada también con ese lenguaje, que es la que estás visitando en estos momentos.
Para empezar a trastear con el tema y ver su viabilidad, compré un kit que incluía una rPi 4, cámara, disipadores y una carcasa (LABISTS Raspberry Pi 4 + LABISTS pi NoIR Cámara para Raspberry Pi 8MP). Una vez montado, comencé a hacer mis primeras fotos con Python y apareció el primer reto: cómo hacer fotos al Sol.
Rebuscando por Internet me encontré con un blog donde se contaba como realizar un analema (https://www.instructables.com/Capture-the-Analemma-of-the-Sun) y descubrí la necesidad de utilizar un filtro ND para la realización de esas fotos. Después de ver lo que había en el mercado, comprobé que se podía hacer uno casero con una radiografía y, al final, creo que es lo más práctico que se puede usar: es flexible, se puede pegar al objetivo con un simple celo, se puede cambiar en caso de que se deteriore y, lo más importante, funciona perfectamente como filtro solar.
La pi NoIR Cámara que venía en el kit, de 8MP, era perfecta pero tenía un problema. Su ángulo de visión era escaso para obtener las fotos que quería. Solo tenía 65º de ancho por 45º de alto. Si trasladamos esas medidas al diagrama del movimiento del Sol desde mi posición, la visibilidad del Sol se reducía bastante. En esta dirección se pueden obtener las posiciones del Sol durante el año, desde la posición donde uno se encuentre: https://www.sunearthtools.com/index.php
Necesitaba más ángulo de visión porque, a estas alturas, mi proyecto se había transformado en algo más. En lugar de construir el analema de la posición del Sol a una hora determinada del día, mi idea era la de componer un GIF, con el analema en movimiento, desde el amanecer hasta que se dejara de ver el sol. Para ello necesitaba un ángulo de visión mayor que el de esa cámara. Al final me decidí por una cámara que tuviera un gran angular de 160º (Waveshare 8MP IMX219-D160 Camera Module Wide Angle 160 Degree) con la que mi visión del Sol se ampliaba lo suficiente.
Lo siguiente fue buscar la forma de colocar la cámara en el exterior. La carcasa que venía con el kit no era impermeable, luego no me servía para tal fin. Estuve viendo la posibilidad de montar la rPi en una carcasa de cámaras de vigilancia para exteriores. Hay carcasas vacías que se usan como cámaras de pega que venían con su soporte de pared. Un día me encontré con una empresa que fabricaba carcasas específicas para la rPi, para proyectos escolares de vigilancia de animales (Wildlife Cam Case). Venía preparada para la instalación de la rPi, su módulo de cámara y un detector de movimientos, era totalmente estanca y, si bien no venía con soporte de pared, me parecía que no iba a suponer ningún problema encontrarlo.
Y así fue, viendo el tamaño y peso de la carcasa, me bastó con un soporte para monitores VESA de los pequeños, pegando la carcasa al soporte desmontable con un buen pegamento de contacto. También pude aumentar la inclinación con unos pequeños topes, para que la cámara mirara hacia arriba.
Lo siguiente fue apuntar la cámara al mejor lugar posible. Para ello hay que tener en cuenta el ángulo focal utilizado y la situación del punto de anclaje. Teniendo en cuenta que el objetivo utilizado es un "wide angle" de 160º y que el límete derecho del punto focal es una fachada en dirección suroeste a 220º, puedo utilizar todo el espacio que situado entre los 220º y los 60º (220-160=60). Así que la cámara debe mirar hacia su punto medio: 140º. O lo que es lo mismo, voy a poder observar el sol desde su salida en el solsticio de verano, a las 6 de la mañana (60º), y el sol del solsticio de invierno a las 15 horas (220º). Esta franja horaria será la que hay que activar para la toma automática de las fotos.
También le apliqué una pequeña inclinación hacia arriba de 10º. Con ella se baja la línea del horizonte para aumentar la visibilidad del cielo.
Estos ángulos de orientación e inclinación hay que tenerlos en cuenta ya que, para que las composiciones sean lo más realistas posible, las fotos de fondo que se vayan a utilizar deben estar tomadas usando esos mismos valores.
Con la cámara preparada empecé a tomar fotos mientras desarrollaba los programas para la creación de las diferentes composiciones fotográficas. Y fue así como me encontré con otro problema. La rPi así preparada, estando todo el día al Sol, se calentaba demasiado. Tanto fue así que la tarjeta SD empezó a darme problemas hasta que falló. Compré un par de tarjetas SD para tener en todo momento una de respaldo en caso de fallos. Para esa copia, la propia rPi ofrece un proceso de duplicación de la tarjeta que no conocía. También decidí que las fotos deberían estar guardadas fuera del dispositivo para evitar pérdidas, aunque con un proceso mixto. Mandaría las fotos a un NAS, a medida que se realizaran, pero también guardaría las fotos de los treinta últimos días en la rPi. De esa forma, en el caso de que fallara la copia en el NAS, siempre tendría una copia en la rPi para volcarlas cuando volviera la conexión.
Para lidiar con el sobrecalentamiento busqué un ventilador y perforé la carcasa para que tuviera una salida del aire. Encontré un ventilador programable según la temperatura de la CPU (Argon Fan HAT para Raspberry Pi 4) y le tuve que colocar un separador GPIO de 40 pines para mejorar su ventilación.
Después de un tiempo, también decidí tener encendida la rPi solo durante las horas de toma de las fotos. Para ello coloqué un simple enchufe con temporizador para exteriores.
Con todo en marcha, el 20 de abril del 2021 comencé el proceso de realización de las fotos. La idea es realizar una foto al Sol cada 5 minutos, desde las 6 hasta las 14 en horario UTC, durante todos los días de un año. He optado por usar el horario UTC para no tener que preocuparme de los ajustes del horario de verano.
Como dije anteriormente, todas las fotos se hacen utilizando el módulo cámara de una rPi 4 a través de programas escritos en Python. Y si la foto contiene un Sol se mandan automáticamente a un NAS. En dicho NAS he instalado un contenedor de Python (https://registry.hub.docker.com/_/python/) donde he instalado el servidor web Django CMS para montar esta web. En ese servidor he creado las tareas para la creación automática de las distintas composiciones con las fotos que se vayan tomando.
La primera tarea es para presentar la ruta diaria del sol, a media que se detecta que una nueva imagen del Sol ha sido cargada. En ella se presenta la ruta diaria junto a las rutas de los solsticios y equinocios que se vayan tomando y así ver la diferencia entre ellas: RUTAS SOLARES
Diariamente y por la noche, también se realizarían las tareas de creación de los analemas a hora fija, así como la tarea para crear el gif de los analemas de todas las horas: ANALEMAS
