DIY-warmtebeeldcamera:een goedkopere bouwen?

Bent u op zoek naar een manier om warmtekenmerken in de winter vast te leggen, maar kunt u zich geen van de commerciële thermische camera's veroorloven? Zo ja, dan heb je een doe-het-zelf warmtebeeldcamera nodig.

Een warmtebeeldcamera maken is niet zo moeilijk als het lijkt. In werkelijkheid omvat het proces het activeren van het vermogen van uw camerasensor om infrarood licht te zien.

De doe-het-zelf warmtebeeldcamera is veel goedkoper dan de goedkoopste warmtebeeldcamera, die tot tweehonderd dollar kost.

In dit artikel leer je dus hoe je een eenvoudige doe-het-zelf thermische camera kunt bouwen met een soepele bediening en hoe deze expertcamera's werken.

Als je ook meer wilt weten over circuits voor warmtebeeldcamera's, dan is dit artikel iets voor jou.

DIY warmtebeeldcamera

De gemiddelde thermische camera is een duur apparaat. Als je wilt huren, kost dat vijftig dollar per dag. U kunt echter een goedkopere thermische camera bouwen.

Kortom, het is mogelijk om elke digitale camera om te bouwen tot een thermische camera. Waarom? Omdat er ingebouwde CCD-sensoren op deze camera's zijn die het infraroodspectrum van licht kunnen vastleggen.

Telefooncamera met warmtebeeldcamera

Maar omdat langdurige blootstelling aan infraroodlicht de sensor zou kunnen beschadigen, gebruiken de meeste fabrikanten een infraroodblokkeringsfilter om deze functie uit te schakelen. Als u echter het infraroodfilter van uw cameralens verwijdert, kunt u de schoonheid van infrarood zien.

Dit artikel gebruikt de MLX90640 thermische camera met een resolutie van 24 bij 32 of 768 pixels voor onze doe-het-zelf warmtebeeldcamera. We zullen ook de MLX90640 en een Raspberry Pi SBC koppelen, zodat deze temperatuurkaarten met een redelijk hoge resolutie kan opnemen.

We zullen ook Python gebruiken om de RPI te motiveren om bepaalde limieten te produceren. Vervolgens kunnen we de MLX90640 op de juiste manier positioneren om een ​​thermische camera te leveren met een resolutie van 320 bij 240.

Als je wilt dat de doe-het-zelf thermische camera werkt terwijl je rondloopt, heb je een manier nodig om de live-uitvoer van de camera en een batterij weer te geven om hem aan de gang te houden. Het beste is dat je deze doe-het-zelf thermische camera ook als beveiligingscamera kunt gebruiken, omdat de resolutie hoog genoeg is om kwaliteitsbeelden vast te leggen.

Werkingsprincipe

Een thermische camera kan alleen het infraroodgebied vastleggen van elk object dat niet zichtbaar is voor het menselijk oog. Interessant is dat de meeste dingen infrarood-energie kunnen produceren, die je ook warmtesignatuur kunt noemen. Daarom detecteert en meet een thermische camera de infraroodenergie van een object.

Ook zet de camera de infraroodgegevens die hij detecteert en meet om in een elektronisch beeld. Het elektronische beeld toont de oppervlaktetemperatuur van het ding dat u meet. Thermische camera's bevatten ook optische systemen die infraroodenergie verzamelen op een speciale detectorchip of sensorarray.

Thermische afbeelding

Bovendien bevat de sensorarray duizenden detectorpixels in een rasterstijl. Hier is het beste deel. Elke pixel op de sensorarray detecteert de infrarode energie die erop is gericht en creëert een bijpassend elektronisch signaal.

De cameraprocessor berekent vervolgens het signaal van elke pixel en maakt een kleurenkaart met de temperatuur. Ook heeft elke temperatuurwaarde een andere kleur. Ten slotte wordt de geproduceerde kleurenmatrix naar het geheugen van de camera verplaatst en wordt een warmtebeeld van uw gemeten object weergegeven.

De meeste thermische camera's worden geleverd met standaardcamera's die automatisch zichtbaar licht vastleggen en standaard digitale beelden maken. Wanneer u deze beelden samenvoegt, kunt u gemakkelijk probleemgebieden in uw warmtebeeld detecteren en deze afstemmen op het werkelijke gebied en de apparatuur die u inspecteert.

Benodigde onderdelen

Je hebt twee componenten nodig om een ​​doe-het-zelf thermische camera te bouwen, waaronder:

• Raspberry Pi 4-computer
• MLX90640 thermische camera

Hoewel de prijzen voor de twee componenten kunnen veranderen, afhankelijk van waar je koopt, zou het project niet meer dan honderdvijftig dollar moeten kosten.

Stappen

Dit zijn de stappen die u moet volgen om dit project te bouwen:

Stap 1:Bedrading

Eerst moet je je MLX90640 aansluiten op je Raspberry Pi. Bekijk de afbeelding hieronder om te zien hoe u uw componenten bedraden.

Ook gebruiken de Raspberry Pi en MLX90640 een I2C-protocol om te communiceren. Dit I2C-protocol vereist dat de hardwarepinnen vijf of drie van de Pi (SDA of SCL) werken.

Bedradingsschema

Stap 2:MLX90640 gebruiken om je Raspberry Pi in te stellen  

Je hebt de Adafruit-bibliotheek nodig om het breakout-bord van MLX90640 te programmeren. Voer daarom de volgende codes in op uw Raspberry Pi-terminal om te controleren of u de sensor van de MLX90640 in Python kunt visualiseren:

Het zou helpen als je dit ook zou doen; gebruik de volgende opdrachten: 

Gebruik de volgende opdrachten:gebruik ook de volgende opdrachten om te controleren of I2C is ingeschakeld: 

De opdracht zou het opstartbestand op de RPi moeten starten. Als het eenmaal is geopend, navigeert u naar de dtparam=i2c_arm=on en zorgt u ervoor dat uncomment niet is uitgeschakeld. Nadat u uw I2C hebt ingeschakeld, start u uw RPi opnieuw met de onderstaande opdracht:

Als al uw bedrading correct is, kunt u de I2C-poort controleren om te zien of de RPI uw MLX90640 registreert na het opnieuw opstarten.

U zou de volgende resultaten op uw terminal moeten krijgen:

Opdrachtresultaten

Je bent klaar om te gaan als je het nummer 33 op je terminal ziet. Het is omdat het I2P-adres van de MLX90640 0x33 is. Zorg er echter voor dat u dit bevestigt op de MLX90640-datasheet.

Nu zou je Raspberry Pi het breakout-bord van MLX90640 moeten kunnen lezen. Maar u moet enkele andere bibliotheken installeren omdat u met de Adafruit-bibliotheek werkt. De volgende commando's kunnen je daarbij helpen:

Vervolgens kunt u Python IDLE (Integrated Development and Learning Environment) installeren, maar dit is geen vereiste stap. U kunt echter de volgende code gebruiken om IDLE te installeren:

Open ten slotte IDLE en probeer uw MLX90640-bibliotheek van Adafruit te importeren met de volgende testcode:

Testcode

De bovenstaande coderesultaten zouden een afdruk moeten zijn van de gemiddelde temperatuur die uw MLX90640 leest. Raak niet in paniek als u een verversingssnelheidsfout tegenkomt tijdens het lezen van uw MLX90640.

U kunt het probleem oplossen door de snelheid van het I2C-apparaat op de RPi te verhogen. Daarom moet u enkele aanpassingen maken aan het bestand "config.txt" met het volgende commando:

Ga naar de sectie met 'dtparam=i2c_arm=on' zonder commentaar en voeg de volgende regel toe om de snelheid van de I2C te verhogen tot 1Mbit/s:"i2c_arm_baudrate=1000000".

Stap 3:Visualisatie van de MLX90640 realtime thermische camera

Er zijn verschillende manieren om de uitvoer van uw MLX90640 te visualiseren terwijl u Python gebruikt. Een daarvan is "imshow", waarmee u elke afbeelding kunt bekijken.

Hier is een eenvoudige implementatie van de MLX90640-visualisatie hieronder met behulp van imshow in Python:

Code voor visualisatie

Stap 4:Interpoleren van de MLX90640

De bovenstaande visualisatiecode is slechts een snelle en eenvoudige manier om een ​​weergave te krijgen van uw MLX90640 thermische array. U moet de resolutie van uw thermische camera en de normale plotsnelheid voor de laatste stap verbeteren.

Ten eerste heb je de ‘ndimage’ toolbox uit de Python-bibliotheek nodig om de zoomfunctie te activeren. Met deze opdracht kunt u de 24×32-uitgang van uw camera interpoleren naar 240×320. Voeg vervolgens de opdracht toe aan de bovenstaande visualisatiecode:

Vervolgens moet u de "blitting" -methode in "matplotlib" inschakelen om een ​​bijgewerkte framesnelheid voor de geïnterpoleerde afbeelding te krijgen. Hier is de code die je hiervoor nodig hebt:

Blitting-code

Afronding

Een doe-het-zelf warmtebeeldcamera, die minder duur is, is een geweldige manier om infraroodbeelden vast te leggen zonder je zakken leeg te maken. Nadat u er een heeft gemaakt, kunt u snel elk temperatuurverschil onderzoeken met uw warmtebeeldcamera.

U kunt ook een thermische sensor bouwen die temperaturen weergeeft in afbeeldingen met een hoge resolutie. Hoewel de resolutie van een doe-het-zelf thermische camera niet te vergelijken is met een commerciële variant, is het meer dan genoeg voor het detecteren van warmtelekken of temperatuurveranderingen in uw omgeving of een object.

Heb je nog vragen? Neem dan zeker contact met ons op, dan reageren we graag en helpen je graag verder.