Termal Kamerani yaratish

Barchaga shu postga berilgan fantastik javoblaringiz uchun katta rahmat. Quyida keltirilgan sharhlar bo'limi hozirda ushbu yozuv asosida o'z termal kamerasini tuzadigan o'quvchilarning ko'pgina ma'lumotlarini o'z ichiga oladi. Shuningdek, postning tarjimalarini yozishni taklif etgan o'quvchilarga ham minnatdorchilik bildiraman.

Termal kameralar meni doim hayratda qoldirdi. Odatda bizdan yashirgan elektromagnit spektrning bir qismini ko'rish qobiliyati har doim g'alati va hayajonli narsadir.

Afsuski, ular juda qimmatga tushadi. Ayniqsa, siz termal suratga olish yoki elektron testda qatnashish kabi ba'zi tijorat maqsadlarida foydalanishdan ko'ra, o'ynash uchun sotib olasiz.

Men katta narx yorlig'i bo'lmasdan termografiya bilan shug'ullanmoqchi bo'ldim, shuning uchun hamma narsaga borib, o'zim qurmoqchiman deb o'yladim ! Shubhasiz, bu juda muhim jarayon edi, shu bois men bu erda har tomonni bir qismini qamrab olaman.Savollarga javob berishga jur'at eting va javob berish uchun qo'lidan kelgan barcha ishni qilaman!

Sensor

Men microbolometer topish uchun harakatni boshladim.

Bu issiqlik kamera biznes-oxiri bo'ladi. Bu, shuningdek, qiyin--manba qimmat oz emas. Ular biznes uchun mavjud bo'lgan, deb qismlariga elektronika distribyutorlar kabi Digi-Key, lekin men topdim, deb bo'lishi uchun qimmat va murakkab yo'l olish uchun ularni (mavjudligi vaqtida men uchun harakat sotib biri edi juda kam).

Keyin tomosha bir guruh issiqlik kamera bilan bog'liq Maykning Elektr Stuff video YouTube, men kashf yaxshi manba, bu bo'lishi mumkin bo'lgan kichik, smartfon-mos keluvchi issiqlik kamera qurilmalar kabi FLIRning One va Seek Thermal's Ixcham oralig'ida.

Bir necha marta bosish va keyinchalik men topdim bir singan,  FLIR One Gen. 2 eBay uchun £75. Aytib alomat edi, deb u faqat bermadi kuchi bo'yicha barcha, men sezgan bo'lishi mumkin pastga kuch/batareya xato va umid uni bo'lmaydi ta'sir haqiqiy sensor moduli o'zi. Bu qurilmalar o'z ichiga bir FLIR Lepton 3 160x120 piksel microbolometer.

£75 uchun men sizlarga mos keladigan sensori manbaiga qattiq bosilsa kerak - Gen 2 endi mavjud emas, bir xil sensor o'lchamiga ega bo'lgan joriy gen FLIR One Pro - £ 399.99.

Singan FLIR One paydo bo'lganidan keyin men uni yirtib, FLIR Lepton 3 sensorli yoritqich zarangni chiqarib oldim. Men Digi-Key'dan FLIR Lepton uchun £25 teng narxga ega bo'lgan sxema doska sotib oldim. Sxema doska kengashining o'zi Pure Engineering tomonidan juda katta loyihadir. Men kerak bo'lgan hamma narsam bor edi, men hamma narsani Raspberry Pi ga bog'ladim va u ishlayotganini tasdiqlash uchun GitHub-ga pylepton loyihasining Lepton 3-qismini qo'lladim . Va shunday bo'ldi! Qimor to'langan pul - bu £75 sarflangan bo'lishi mumkin!

Hardware

Batareyani quvvatlaydigan ajralmas displey va protsessor bilan mustaqil va portativ termal kamerali qurilma yaratmoqchi edim. Linux uchun C-da kamerani ishlaydigan drayver spidev ( hatto ØMQ orqali jonli videoni JavaScript-ni asoslangan veb-dasturiga ko'chirishni qo'llab-quvvatlaydi ) yordamida ishlaydigan bir paytda, batareya quvvatini sozlash uchun mos kelmaydi.

Ekran tanlash juda oson edi. Xitoy kompaniyasi ILI Technology bir qator arzon narxlardagi TFT displey displeylarini ishlab chiqaradi. Ular sevimli mashg'ulotlariga asoslangan elektronika bozorida juda mashhur va yaxshi qo'llab-quvvatlanadigan ko'rinadi, shuning uchun ILI9341 TFT LCD chipli chipga asoslangan 2.8 "TFT displeyni tanladim. Xobbi elektromagnitika bozorida ushbu ekranlar bir necha boshqa narsalarni qo'shib (interaktiv sensorli panelni boshqarish, SD-karta uyasi va h.k.) parallel PCB-larga o'rnatiladi. eBay bularni arzonga sotib olish uchun eng yaxshi joy.

Butun tizimni boshqarish uchun Espressif’s ESP32 platformasini yig'ishga kirishdim. Fantastik ekotizim Wi-Fi va Bluetooth-ni ham birlashtirdi. Bundan tashqari, ikkita foydalanishga yaroqli apparat SPI porti bor va men ekranni va termal kamera modulini haydashni talab qildim.

Tanlagan yakuniy rivojlanish kengashi WEMOS LOLIN32 taxtasi edi. Bu lityum batareya zaryadlash chipiga o'rnatilgan bo'lib, loyiha uchun zarur bo'lgan barcha ESP32 pinlarini chiqaradi.

Bundan tashqari, barcha qurilmani o'chirish / o'chirish vaqtida USB orqali zaryadlash imkoniga ega bo'lgan holda, quvvat tugmasi / kaliti bilan yoqish va o'chirishni xohladim. Issiqlik kamerasiga va displeyga ESP32 boshqaruv kuchini berish uchun ikkita PNP transistorli oddiy elektronni ishlatdim. Men hozirgi kunda bu devorni hozirgi kunda veroboard parchasiga o'xshab kichik qilib qurdim.

Firmware

Men FLIR Lepton 3 uchun mavjud Linux drayveri atrofida joylashgan firmware2-ga asosladim. Kodni ESP32 portiga nisbatan ancha oson edi - yuqori darajada faqat ESP32 SPI Master API uchun spidev API-ni almashtirishni o'z ichiga oladi.

FreeRTOSni dasturiy ta'minotni tuzilgan vazifa-yo'naltirilgan tizimga aylantirish uchun foydalanar edim. Bu tizimda bir vazifa termal kameradan VoSPI (Video over SPI) interfeysi orqali ma'lumotlarni o'qiydi, boshqa vazifa joriy (haqiqiy) ramkani ikkinchi SPI port.

Joriy joriy ramka ( current_frame ) ikkita vazifa bilan birgalikda foydalaniladigan va semafor bilan himoyalangan strukturada saqlanadi. Displey har ikkala o'lchovda termal kameraning aniqligini ikki barobarga oshiradi, shuning uchun termal kamera ramkasini ekranga o'lchash uchun juda yaxshi ishlarni amalga oshiradi.

camera_task, FLIR ning VoSPI protokoli yordamida termal kameradan ramkalarni tortadi. Ushbu vazifa video oqimi bilan amalga oshirilishi kerak bo'lgan har qanday (qayta) sinxronizatsiyani boshqaradi va yangi joriy kvadrat tushirilganda faqatgina current_frame ni yangilaydi.

display_task segmentni current_frame ekranga to'rtta segment sifatida taqdim etadi (ular kameraning VoSPI interfeysi orqali taqdim etilsa va xotira ulanadigan boshqa to'liq ekran ramka tamponiga ega bo'lishdan ko'ra bu tartibni saqlab qolish uchun menga mos).

Har bir segment ekranga bo'yalmasdan oldin gui quyi tizimiga taqdim etiladi. gui quyi tizimi tasvirni ko'rsatishdan avval, tasvirning yuqori qismida asosiy shakllar va qo'shimcha izohlar berishi mumkin. Ushbu izohlar bog'langan ro'yxatda saqlanadi va gui quyi tizimining API'si yozuvlarni qo'shish, o'chirish va o'zgartirish uchun operatsiyalarni ta'minlaydi. Misol uchun, demo sifatida user_task boshqarish uchun boshqa vazifani UI. Hozirgi vaqtda u faqat chap burchagida bitta yashil kvadrat hosil qiladi va uning sezuvchanligini soniyasiga bir marta o'zgartiradi.

Afsuski, ushbu segmentga asoslangan chizish jarayoni GUI kodini chizish funktsiyalari hozirda ishlaydigan segmentdan xabardor bo'lishlari kerak, chunki kutish mumkin bo'lgan biroz murakkablashtiradi. To'rtburchak, masalan, bir necha segmentni ajratishi mumkin. Bu masala matnni bajarishimga biroz kamlik qilmoqda, biroq men tez orada ishlay olaman deb umid qilaman!

Qobiq Dezayni

So'nggi paytlarda yaratilishning yanada aniq yo'nalishiga aylandim.Bir necha oy oldin, nihoyat, 3D Original Prusa i3 MK2S xarid qilish bilan birga 3D bosma oynaxonaga o'tirdim va buyon u bilan bir necha marta quvnoq hazillashyapman!

Kichik o'lchamli, lekin displey, batareya va termal kamera modulini joylashtiradigan ishni bajarishni xohladim. Men ishlatmoqchi bo'lgan qismlar uchun o'lchovlarni olish orqali boshladim. Ular mavjud bo'lmaganda (LOLIN32 taxlab qo'yilganida) men dizayni ishlab chiqishda Vernier kalyagichlari bilan keng o'lchovlar oldim.

Men bu ishni Autodesk Fusion 360 da ishlab chiqdim.

Ichkarida turgan muammolarimdan biri issiqlik kamerasi oldidagi diafragmaning chang va shikastlanishdan qanday himoyalanishidir.Shisha uni kesmaydi - biz termografi uchun qiziqqan elektromagnit spektrning LWIR qismiga juda shaffof. Men ikki turdagi materiallar, odatda, ushbu turdagi ilovalarda - Germanium va  Zinc Selenide. Men sink selenidining optikasi uchun juda arzon bo'lgan manba topdim va bir nechta namunalar topdim, ammo natijalar qoniqarli emas edi. Windows'dagi oyna AR qoplamasiga qaramasdan, ular kamera modulining o'zi tomonidan chiqarilgan LWIR-ning juda ko'pini aks ettirgan ko'rinardi.

Men Germanium kichkina qismidan foydalanib, aslida sinib ketilgan FLIR One kamera yordamida kamera diafrasini himoyalashga qaror qildim. U biroz kichik (8mm x 8mm), lekin ZnSE oynalarini transmissivlik va kam yansıtıcılık jihatidan ustun qilgan.

Hujayra dizayni bir nechta prototipga ega bo'lib, o'ngga tushish uchun harakat qildi. 3 aniq bo'lishi kerak. O'lchov va toleranslar 3D bosishda birinchi marta to'g'ri kelishi qiyin, shuning uchun har qanday dizayn ishlarini yodda tuting. Amalga oshiradigan ishni yaratganimdan so'ng, har bir narsaga o'rnatdim (bir oz siqib qo'ydim!). V2 uchun men o'zimcha, ishning ichida bir oz ko'proq xona beraman. Fusion 360 interfeysini hisoblash funktsiyalaridan foydalangandan keyin ham, men o'zimcha o'ylamaganimdan kamroq joyga ega bo'ldim.

Ichkarida, ESP32 taxtasi va termal kamerali yoriqni kassaga ulash uchun M2 mashina vintlarini ishlatganman. Germanyum oynasining sirtini kuchli yopishtirgichlarga zarar etkazmoqchi emas edim, shuning uchun ehtiyotkorlik bilan 4 ta Kapton lentasini kesib oldim va derazani xavfsiz holatga keltirish uchun ularni ishlatdim.

Tashqari qopqog'ini / ekranni yopish uchun M3 hex-drayv mashinasi vintlarini ishlatdim. Bir zaiflik ushlab turadigan kliplarning etishmasligi bezakning bir oz tebranishi mumkinligini anglatardi.Mening dizayam vintlardek bezakka qarashga imkon berdi, shuning uchun natija juda chiroyli va tartibli.

Mening dizaynim, shuningdek, ESP32 ishlab chiqish panelidagi Micro-USB ulagichiga kirish imkonini beradi, bu esa har bir narsani ajratmasdan zaryadlash va dasturiy ta'minotni o'chirish imkonini beradi.

Tayyor Mahsulot

Tayyor mahsulot juda yaxshi ishlaydi. Men hali ham dasturiy ta'minotni qo'shmoqdaman, shuning uchun ham u asta-sekin takomillashmoqda. 1300mAh Li-Po xujayrasi bilan jihozlangan bo'lib, batareya quvvati katta. Tizim Li-Po xujayrasidan ~250µA gacha chuqur oqim chizig'iga (ESP32 chuqur uyqu holatida) ega. Displey va kamera va video trubkasi ishlayotganida, butun tizim Li-Po kamerasidan ~ 230mA oqim chizig'iga ega.

Keyingi qadam, issiqlik kamerasining I2C interfeysini ulashdir, shunda men Flat Field Correction (FFC) funksiyasini boshqarishim va kamera modulining o'zi (masalan, kamera modulining harorati) haqida ba'zi telemetriya ma'lumotlarini ko'rsatishim mumkin.

Men displeydagi rezistor sensorli panelni ishlatmoqchiman, lekin afsuski, SPI juda ko'p, shuning uchun ekran yoki kamera bilan ESP32 SPI portlaridan birini almashtirish kerak bo'ladi. Buning qaysi biri videoyozuvning ishlashiga eng kam ta'sir ko'rsata oladiganini baholashim kerak. Videoni videotasvirga olish uchun sensorli ekran bilan ishlashni xohlamayman.

O'ylaymanki, old panelni o'rtada chiqishga sabab bo'lgan kliplarning etishmasligi kabi masalalarni hal qilish uchun ishni rejalashtirishning yana bir takrorlanishi ham talab etiladi. Bundan tashqari, termal kamera uchun diafragma biroz kichikroq yoki termal kamera diafragma juda uzoqdir. Ishning harorati sahna haroratidan farq qiladigan bo'lsa, ramkasidagi diafragmaning qirralarini ko'rish mumkin.