Cenově výhodná termokamera: 10 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

• Vyvinul jsem zařízení, které lze připojit k dronu a které může živě streamovat smíšený rámeček z termografického obrazu ukazujícího tepelné záření a pravidelné fotografování s viditelným světlem.
• Platforma se skládá z malého jednostranného počítače, snímače termokamery a běžného kamerového modulu.
• Tento projekt si klade za cíl prozkoumat možnosti nízkonákladové termovizní platformy pro detekci poškození solárního panelu, který se vyznačuje tepelnými podpisy.

Zásoby

• Raspberry Pi 3B+
• Panasonic AMG8833 mřížkové oko
• Pi kamera V2
• Notebook s prohlížečem VNC

Krok 1: Vývoj DPS

• Desku plošných spojů pro snímač mřížkových očí Panasonic lze navrhnout pomocí systému Auto-desk EAGLE.
• Soubor.brd je vyvíjen podobně jako modul Adafruit AMG8833 s mírnými úpravami
• Poté lze PCB vytisknout u výrobců PCB a já jsem použil pcbway.com, kde byla moje první objednávka zcela zdarma.
• Zjistil jsem, že pájení desek plošných spojů je zcela odlišné od pájení, které jsem znal, protože zahrnovalo zařízení pro povrchovou montáž, a tak jsem šel k jinému výrobci desek plošných spojů a nechal jsem svou desku pájet se snímačem.

Krok 2: Software Devopment

• Kód je napsán v Thonny, integrovaném vývojovém prostředí pythonu.
• Postupem projektu bylo připojení pi kamery a instalace souvisejícího softwaru.
• Dalším krokem bylo připojení tepelného senzoru ke správnému zapojení pinů GPIO a instalace knihovny Adafruit pro využití senzoru.
• Knihovna Adafruit obsahovala skript pro čtení senzoru a mapování teplot na barvy, nicméně vytvořené pohyblivé obrázky nebylo možné implementovat
• Proto byl kód přepsán do formátu podporujícího zpracování obrazu, hlavně pro spojení dvou snímků dohromady.

Krok 3: Čtení senzorů

• Ke sběru dat z termokamery byla využita knihovna ADAFRUIT, která umožňuje rychlé čtení senzorů pomocí příkazů readpixels (), generování pole obsahujícího temepratur ve stupních Celsia měřených ze senzorů oddělených prvků.
• U kamery Pi generuje příkaz funkce picamera.capture () obrázek se zadaným výstupním formátem souboru
• Aby vyhovovalo rychlému zpracování, bylo nižší rozlišení nastaveno na 500 x 500 pixelů

Krok 4: Nastavení tepelného senzoru

• Nejprve musíme nainstalovat balíčky Adafruit Library a python
• Otevřete příkazový řádek a spusťte: sudo apt-get update, který vás aktualizuje Pi
• Poté zadejte příkaz: sudo apt-get install -y build-essential python-pip python-dev python-smbus git
• Poté spusťte: git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO….který stáhne balíček Adafruit do vašeho Raspberry Pi
• Přesunout se do adresáře: cd Adafruit_Python_GPIO
• A nainstalujte nastavení spuštěním příkazu: sudo python setup.py install
• Nyní nainstalujte scipy a pygame: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• Nakonec nainstalujte knihovnu barev zadáním příkazu: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

Krok 5: Povolení rozhraní I2C

• Zadejte příkaz: sudo raspi-config
• Klikněte na Pokročilé možnosti a vyberte I2C, poté jej povolte a vyberte Dokončit
• Chcete -li úspěšně povolit I2C, restartujte počítač Pi
• Ujistěte se, že jste povolili také rozhraní Camera a VNC

Krok 6: Zapojení senzoru a kamery

• K Pi byste měli připojit pouze 4 piny AMG8833 a ponechat IR pin.
• Napájení 5V a uzemnění lze připojit k pinům GPIO 1 a 6
• SDA a SCL jsou zapojeny do pinů 4 a 5 Pi.
• Přihlaste se k malině pomocí ssh
• spustit: sudo i2cdetect -y 1
• V 9. sloupci byste měli vidět „69“, pokud ne, je problém v zapojení senzoru pomocí Pi.
• Nakonec připojte pi kameru v2 ke slotu pro kameru v Raspberry Pi

Krok 7: Tepelné mapování

• Zadejte příkaz: git clone
• Přesuňte se do adresáře Adafruit_AMG88xx_python/examples
• zadejte příkaz: sudo python thermal_cam.py
• Níže jsem připojil kód pro tepelné mapování AMG8833.

Krok 8: Zpracování obrazu

• Mapování teploty

  1. Pro vizualizaci tepelných dat jsou teplotní hodnoty mapovány do barevného přechodu v rozmezí od modré po červenou se všemi ostatními barvami mezi nimi
  2. Po spuštění senzoru je nejnižší teplota namapována na 0 (modrá) a nejvyšší teplota na 1023 (červená)
  3. Všem ostatním teplotám mezi nimi jsou v rámci intervalu přiřazeny korelované hodnoty
  4. Výstup snímače je 1 x 64 pole, jehož velikost je změněna na matici.

• Interpolace

  1. Rozlišení tepelného senzoru je poměrně nízké, 8 x 8 pixelů, takže ke zvýšení rozlišení na 32 x 32 je použita krychlová interpolace, což má za následek 16krát větší matici
  2. Interpolace funguje tak, že se vytvoří nové datové body mezi množinou známých bodů, přesnost se však snižuje.

• Čísla k obrázkům

  1. Čísla v rozsahu od 0 do 1023 v matici 32 x 32 jsou převedena na desítkový kód v barevném modelu RGB.
  2. Z desítkového kódu je snadné vygenerovat obrázek pomocí funkce z knihovny SciPy

• Změna velikosti pomocí vyhlazování

  1. Chcete -li změnit velikost obrázku 32 x 32 na 500 x 500, aby odpovídal rozlišení kamery Pi, používá se PIL (Python Image Library).
  2. Má filtr vyhlazování, který při zvětšení vyhladí okraje mezi pixely

• Transparentní překrytí obrázku

  1. Digitální obraz a tepelný obraz jsou poté smíchány do jednoho konečného obrazu a každý je přidán s 50% průhledností.
  2. Když jsou obrazy ze dvou senzorů s paralelní vzdáleností mezi sebou sloučeny, nebudou se zcela překrývat
  3. Nakonec se zobrazí minimální a maximální teplota podle AMG8833 s překrývajícím se textem na displeji

Krok 9: Soubory kódu a PCB

Níže jsem připojil testovací a konečný kód projektu

Krok 10: Závěr

• Proto byla termální kamera postavena s Raspberry Pi a AMG8833.
• Konečné video bylo vloženo do tohoto příspěvku
• Lze pozorovat, že teplota se okamžitě mění, když se zapalovač přiblížím k nastavení a plamen zapalovače byl senzorem přesně detekován.
• Tento projekt lze proto dále rozvíjet pro detekci horečky u lidí vstupujících do místnosti, což bude v této krizi COVID19 velmi užitečné.