Arduino UNO Wärmebildkamera
Vorwort
Es war das 6. Ausbildungssemester, vor uns (da 3 Personen an dem Projekt arbeiteten) wurde eine ernste Aufgabe - es war notwendig, ein Hardware-Kursprojekt zu machen. Es gab viele verschiedene Ideen: einen Autopiloten für ein Auto, ein Nachtsichtgerät usw. Die Wahl fiel jedoch auf die Wärmebildkamera, da sie sich als nicht sehr einfach und nicht sehr teuer herausstellte. Und wer hat nicht von seiner persönlichen Wärmebildkamera geträumt? In diesem Artikel werden wir darüber sprechen, wie wir es geschafft haben, eine Wärmebildkamera mit ziemlich guten Eigenschaften zu Hause zusammenzubauen.Vorbereitung
Zunächst musste entschieden werden, welche Module wir zur Erstellung einer kostengünstigen Wärmebildkamera benötigen, die jedoch akzeptable Eigenschaften aufweist. Nachdem alle Vor- und Nachteile abgewogen worden waren, wurde beschlossen, eine Wärmebildkamera zu bauen, die auf einer Servohalterung aus zwei Servos, einem Infrarotsensor, einem Laser zur besseren Positionierung des gescannten Bereichs und Arduino zur Steuerung der Gerätesignale basiert. Nachdem man sich für die notwendigen Module entschieden hatte, musste man alles irgendwo kaufen. Der benötigte Infrarotsensor erwies sich als eher selten und nicht der billigste. Aber all dies wurde im bekannten chinesischen Online-Shop gefunden, es blieb nur zu warten, bis die Pakete ankamen.Schaltungsdesign
Um unsere Ideen umzusetzen, haben wir uns entschlossen, bei Arduino UNO anzuhalten. Wir haben uns für diese Option entschieden, da wir bereits Erfahrung mit dieser Plattform hatten und eine schnelle Montage des Geräts benötigten. In der Abbildung verwenden die Pull-up-Widerstände R1 und R2 4,7 kΩ-Widerstände. Als IR-Sensor wurde der MLX90614 bci gewählt. Hauptsächlich aufgrund der Tatsache, dass es ein enges Sichtfeld hat, und auch wegen seiner Benutzerfreundlichkeit. Außerdem ist der Sensor recht kompakt und leicht, was die Arbeit von Servos erleichtert, die bereits mit kleinen Staus gearbeitet haben. Für die Laser- und Servohalterung wurden die ersten Arduino-kompatiblen Module ausgewählt. Ich hatte Glück mit dem Laser (und was mit dem Laser falsch sein könnte) und die Servoantriebe kamen, wie bereits erwähnt, nicht sehr gut - sie reagierten schlecht auf kurze Bewegungen, die oft stecken blieben.Ich musste mich entspannen und schmieren, was die Situation leicht verbesserte.Imager-Baugruppe
Es gab keine Probleme bei der Montage der Schaltung. Nachdem die Schaltung zusammengebaut und auf ihre Funktionsfähigkeit getestet worden war, wurde es notwendig, alles Unnötige zu verbergen, damit alles akzeptabel aussah und es keine unnötigen Fragen gab. Es gab mehrere Möglichkeiten, aber da das Stück Plexiglas verwaist war, war die Wahl offensichtlich. Aus diesem Grund haben wir uns für ein Gehäuse aus Plexiglas entschieden, in dem alle Drähte und die Platine liegen und oben nur eine Servohalterung mit Sensoren und einem Laser verbleiben. Unserer Meinung nach ist es schön und praktisch geworden.Der Montageprozess war das Polieren von Plexiglas (ein sehr langes Schleifen, um nicht alles dahinter zu sehen). Wir haben uns auch entschlossen, die Servohalterung am Rahmen zu befestigen. Nach diesen Manipulationen wurde der gesamte Rahmen einfach aufgeklebt.
So sah unser Gerät auf dem Weg zur vollen Bereitschaft aus:
Ein Infrarotsensor wurde an den Laser angeschlossen und an einer Servohalterung montiert. Dieses Design hat sich trotz aller Mängel auf einem guten Niveau gezeigt. Mit Ausnahme von Störservos haben alle Module die ihnen zugewiesenen Funktionen ausgeführt. Als Ergebnis haben wir ein so kompaktes Gerät:
Arbeiten Sie mit einer Wärmebildkamera
Die einfachste Möglichkeit, das Gerät zu steuern, besteht darin, es von einem Computer aus zu steuern. Die Stromversorgung erfolgt ebenfalls über einen Computer. Der Sensor sendet Messdaten an den COM-Port. Daher wurde ein Programm geschrieben, um Befehle an das Gerät zu senden und Daten vom Sensor zu lesen.Der Algorithmus der Wärmebildkamera ist recht einfach:- Öffnen Sie den Arduino-Com-Port
- Wir führen die Positionierung des Sensors durch. Um den Scanbereich festzulegen, werden 2 Punkte festgelegt: bot - der untere linke Punkt des Bildes, mid - die Mitte des Bildes.
- Wir beginnen mit dem Scannen (das Scannen dauert ca. 2 Minuten, wenn der Modus "64 x 48 Pixel" verwendet wird).
- Wir sammeln die vom Sensor empfangenen Daten in einem Array
- Wir bilden das Bild
Programmschnittstelle
Wie Sie auf dem Screenshot sehen können, ist die Programmoberfläche minimalistisch gestaltet - nur alles, was Sie zum Arbeiten benötigen. Die Namen der Tasten sprechen für sich. Wenn Sie auf ein bestimmtes Pixel der Wärmekarte klicken, wird die entsprechende Temperatur angezeigt. Die Farben für die Temperatur werden relativ zu den aktuellen Scanergebnissen ausgewählt, d.h. Die höchste Temperatur wird rot und die niedrigste blau angezeigt, auch wenn sich diese Werte um 2-3 Grad unterscheiden.Wie kann ich die Leistung der Wärmebildkamera überprüfen? Natürlich, nachdem ich einen seiner Schöpfer gescannt habe! Wie Sie auf der oben dargestellten Wärmekarte sehen können, ist die Stirn der heißeste Ort - bis zu 33,42 º. Es gibt bestimmte Probleme mit der „Reichweite“ des Sensors - bei einem Abstand von mehr als 50 cm weisen die Ergebnisse einen ziemlich großen Fehler auf. Im Nahbereich werden Temperaturindikatoren jedoch sehr genau bestimmt.Unten sehen Sie ein weiteres Beispiel für den Betrieb des Geräts:
Wie der Scan zeigt, liegt die Wassertemperatur im Glas bei 38 ° C.
Und hier ist ein Video, das den Imager zeigt:
Für Interessenten werden Links zum Quellcode der Firmware und Anwendung bereitgestellt:
Firmware-AnwendungZusammenfassung
Wir haben ein Gerät, mit dem Sie kleine statische Objekte scannen können. Es gibt aber auch Nachteile - es ist für große Objekte völlig ungeeignet, und wenn sich das Objekt bewegt, gibt es nicht die geringste Chance, das richtige Bild zu erhalten. Der zweifelsfreie Vorteil dieses Geräts ist jedoch seine Billigkeit. Alle industriellen Wärmebildkameras kosten mehrere tausend Dollar, manchmal mehrere Zehntausend. Und für einen normalen Menschen ist eine industrielle Wärmebildkamera völlig nutzlos. Verwöhnen Sie sie eine Woche lang und legen Sie sie in ein Regal. Und für Experimente zu Hause wird unser Gerät ausreichen, billig und einfach.Source: https://habr.com/ru/post/de394083/
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