Cenovo výhodná termálna kamera: 10 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

• Vyvinul som zariadenie, ktoré je možné pripevniť k dronu a ktoré môže v priamom prenose streamovať zmiešaný rám vyrobený z termografického obrázku, ktorý zobrazuje tepelné žiarenie a pravidelnú fotografiu s viditeľným svetlom.
• Platforma sa skladá z malého jednodeskového počítača, senzora termálnej kamery a bežného kamerového modulu.
• Tento projekt si kladie za cieľ preskúmať možnosti nízkonákladovej tepelnej zobrazovacej platformy na zisťovanie škôd v solárnom paneli, ktorý sa vyznačuje tepelnými podpismi.

Zásoby

• Raspberry Pi 3B+
• Mriežkové oko Panasonic AMG8833
• Pi kamera V2
• Notebook s prehliadačom VNC

Krok 1: Vývoj DPS

• Dosku plošného spoja pre snímač mriežkových očí Panasonic je možné navrhnúť pomocou programu Auto-desk EAGLE.
• Súbor.brd je vyvinutý podobne ako modul Adafruit AMG8833 s malými úpravami
• Potom je možné DPS vytlačiť u výrobcov DPS a ja som použil pcbway.com, kde bola moja prvá objednávka úplne bezplatná.
• Zistil som, že spájkovanie PCB je úplne odlišné od spájkovania, ktoré som poznal, pretože zahŕňalo zariadenia na povrchovú montáž, a tak som išiel k inému výrobcovi plošných spojov a nechal som svoju PCB spájkovať so senzorom.

Krok 2: Vylepšenie softvéru

• Kód je napísaný v Thonny, integrovanom vývojovom prostredí pythonu.
• Postupom za projektom bolo pripojenie pi kamery a inštalácia súvisiaceho softvéru.
• Ďalším krokom bolo pripojenie tepelného senzora k správnym kolíkom GPIO a nainštalovanie knižnice Adafruit na používanie senzora.
• Knižnica Adafruit obsahovala skript na čítanie senzora a mapovanie teplôt na farby, pohyblivé obrázky, ktoré vytvorila, však nebolo možné implementovať
• Preto bol kód prepísaný do formátu podporujúceho spracovanie obrazu, hlavne kvôli zlúčeniu dvoch rámcov dohromady.

Krok 3: Čítanie senzorov

• Na zhromažďovanie údajov z termálnych kamier bola použitá knižnica ADAFRUIT, ktorá umožňuje rýchle reagovanie senzorov pomocou príkazov readpixels (), generujúcich pole obsahujúce teplotné tlaky v stupňoch Celzia merané zo senzorov oddelených prvkov.
• V prípade kamery Pi generuje príkaz funkcie picamera.capture () obrázok so zadaným formátom výstupného súboru
• Aby vyhovovalo rýchlemu spracovaniu, bolo nižšie rozlíšenie nastavené na 500 x 500 pixelov

Krok 4: Nastavenie tepelného senzora

• Najprv musíme nainštalovať balíčky Adafruit Library a python
• Otvorte príkazový riadok a spustite: sudo apt-get update, ktorý vás aktualizuje Pi
• Potom zadajte príkaz: sudo apt-get install -y build-essential python-pip python-dev python-smbus git
• Potom spustite: git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO….ktorý stiahne balík Adafruit do vášho Raspberry Pi
• Presuňte sa do adresára: cd Adafruit_Python_GPIO
• Inštaláciu nainštalujte spustením príkazu: sudo python setup.py install
• Teraz nainštalujte scipy a pygame: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• Nakoniec nainštalujte knižnicu farieb zadaním príkazu: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

Krok 5: Povolenie rozhrania I2C

• Zadajte príkaz: sudo raspi-config
• Kliknite na Rozšírené možnosti, vyberte I2C a potom ho povoľte a zvoľte Dokončiť
• Reštartujte počítač Pi, aby ste úspešne povolili I2C
• Uistite sa, že ste povolili aj rozhrania fotoaparátu a VNC

Krok 6: Zapojenie senzora a kamery

• K Pi by ste mali pripojiť iba 4 piny AMG8833 a nechať IR pin.
• Napájanie 5 V a uzemnenie je možné pripojiť k pinom GPIO 1 a 6
• SDA a SCL sú zapojené do pinov 4 a 5 Pi.
• Prihláste sa do maliny pomocou ssh
• spustiť: sudo i2cdetect -y 1
• V 9. stĺpci by ste mali vidieť „69“, ak nie, existuje problém s zapojením snímača pomocou Pi.
• Nakoniec pripojte pí kameru v2 k otvoru pre fotoaparát v malinovom pi

Krok 7: Tepelné mapovanie

• Zadajte príkaz: git clone
• Presuňte sa do adresára Adafruit_AMG88xx_python/examples
• zadajte príkaz: sudo python thermal_cam.py
• Nižšie som pripojil kód pre tepelné mapovanie AMG8833.

Krok 8: Spracovanie obrazu

• Mapovanie teploty

  1. Na zobrazenie tepelných údajov sú teplotné hodnoty mapované do farebného gradientu od modrej po červenú so všetkými ostatnými farbami medzi nimi.
  2. Po spustení senzora sa najnižšia teplota namapuje na 0 (modrá) a najvyššia teplota na 1023 (červená)
  3. Všetkým ostatným teplotám medzi nimi sú priradené korelované hodnoty v rámci intervalu
  4. Výstup senzora je 1 x 64 pole, ktorého veľkosť je zmenená na maticu.
• Interpolácia
  1. Rozlíšenie tepelného senzora je pomerne nízke, 8 x 8 pixelov, takže na zvýšenie rozlíšenia na 32 x 32 sa používa kubická interpolácia, čo má za následok 16 -krát väčšiu maticu.
  2. Interpolácia funguje tak, že sa medzi súborom známych bodov zostrojia nové dátové body, ale presnosť sa zníži.

• Čísla k obrázkom

  1. Čísla od 0 do 1023 v matici 32 x 32 sa vo farebnom modeli RGB prevedú na desatinné číslo.
  2. Z desatinného kódu je ľahké vygenerovať obrázok pomocou funkcie z knižnice SciPy
• Zmena veľkosti pomocou vyhladzovania
  1. Na zmenu veľkosti obrázka 32 x 32 na 500 x 500, aby sa zhodovalo s rozlíšením kamery Pi, sa používa PIL (knižnica obrázkov Python).
  2. Má filter proti vyhladzovaniu, ktorý pri zväčšení vyhladí okraje medzi pixelmi

• Priehľadný obrázok

  1. Digitálny obrázok a tepelný obrázok sa potom zmiešajú do jedného konečného obrázku a každý z nich sa pridá s 50% priehľadnosťou.
  2. Keď sú obrazy z dvoch senzorov s paralelnou vzdialenosťou medzi nimi zlúčené, nebudú sa úplne prekrývať
  3. Nakoniec sa zobrazia opatrenia minimálnej a maximálnej teploty podľa AMG8833 s prekrývajúcim sa textom na displeji

Krok 9: Kód a súbory PCB

Nižšie som pripojil testovací a konečný kód projektu

Krok 10: Záver

• Preto bola tepelná kamera postavená s Raspberry Pi a AMG8833.
• Konečné video bolo vložené do tohto príspevku
• Je možné pozorovať, že teplota sa okamžite mení, keď sa zapaľovač dostanem do blízkosti nastavenia a plameň zapaľovača bol snímačom presne detegovaný.
• Tento projekt je preto možné ďalej rozvíjať na detekciu horúčky u ľudí vstupujúcich do miestnosti, čo bude v tejto kríze COVID19 veľmi užitočné.