دوربین حرارتی مقرون به صرفه: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

• من دستگاهی ساخته ام که می تواند به یک هواپیمای بدون سرنشین متصل شود و می تواند یک قاب ترکیبی از تصویر ترموگرافیک را که تابش حرارتی و عکاسی معمولی با نور مرئی را نشان می دهد ، پخش کند.
• این پلتفرم شامل یک کامپیوتر کوچک یک تخته ، یک سنسور دوربین حرارتی و یک ماژول معمولی دوربین است.
• این پروژه با هدف بررسی امکانات یک پلت فرم تصویربرداری حرارتی ارزان قیمت برای تشخیص آسیب های پنل خورشیدی که با امضای گرما مشخص می شود.

تدارکات

• رزبری پای 3B+
• شبکه چشم پاناسونیک AMG8833
• دوربین Pi V2
• لپ تاپ با نمایشگر VNC

مرحله 1: توسعه PCB

• برد مدار چاپی سنسور چشم شبکه Panasonic را می توان با کمک Auto-desk EAGLE طراحی کرد.
• فایل.brd مشابه ماژول Adafruit AMG8833 با کمی تغییرات ایجاد شده است
• سپس PCB را می توان با تولید کنندگان PCB چاپ کرد و من از pcbway.com استفاده کردم ، جایی که اولین سفارش من کاملاً رایگان بود.
• متوجه شدم لحیم کاری PCB کاملاً متفاوت از لحیم کاری است که من می دانستم زیرا شامل دستگاه های نصب شده روی سطح می شود ، بنابراین به سراغ یک تولید کننده PCB دیگر رفتم و PCB خود را با سنسور لحیم کردم.

مرحله 2: توسعه نرم افزار

• کد در Thonny ، محیط توسعه یکپارچه پایتون نوشته شده است.
• روش پشت پروژه اتصال دوربین pi و نصب نرم افزار مربوطه بود.
• مرحله بعدی اتصال سنسور حرارتی برای اصلاح پین های GPIO و نصب کتابخانه Adafruit برای استفاده از سنسور بود.
• کتابخانه Adafruit حاوی اسکریپتی برای خواندن سنسور و ترسیم درجه حرارت بر روی رنگها بود ، اما تصاویر متحرک ایجاد شده قابل اجرا نیستند
• بنابراین کد به فرمت پشتیبانی از پردازش تصویر بازنویسی شد ، عمدتا برای ترکیب دو فریم با هم.

مرحله 3: خواندن سنسورها

• برای جمع آوری داده ها از دوربین حرارتی از کتابخانه ADAFRUIT استفاده شده است که به شما امکان می دهد حسگرها را با خواندن پیکسل های فرمان () کاهش دهید و یک آرایه حاوی دما را در درجه سانتیگراد اندازه گیری کنید که از حسگرهای عناصر جداگانه اندازه گیری می شود.
• برای دوربین Pi ، فرمان عملکرد () picamera.capture () تصویری با فرمت فایل خروجی مشخص ایجاد می کند
• برای تطبیق سریع پردازش ، وضوح پایین تر بر روی 500 در 500 پیکسل تنظیم شد

مرحله 4: تنظیم سنسور حرارتی

• ابتدا باید کتابخانه Adafruit و بسته های پایتون را نصب کنیم
• خط فرمان را باز کرده و اجرا کنید: sudo apt-get update که Pi را به روز می کند
• سپس دستور را صادر کنید: sudo apt-get install -y build-essential python-pip python-dev python-smbus git
• سپس اجرا کنید: git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO…. که بسته Adafruit را برای Raspberry Pi شما بارگیری می کند
• داخل پوشه حرکت کنید: cd Adafruit_Python_GPIO
• و با اجرای فرمان: sudo python setup.py install را نصب کنید
• حالا scipy and pygame را نصب کنید: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• در نهایت ، کتابخانه رنگها را با صدور فرمان نصب کنید: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

مرحله 5: فعال کردن رابط I2C

• دستور را صادر کنید: sudo raspi-config
• بر روی گزینه های پیشرفته کلیک کرده و I2C را انتخاب کرده و سپس آن را فعال کرده و Finish را انتخاب کنید
• Pi را راه اندازی مجدد کنید تا بتوانید I2C را با موفقیت فعال کنید
• مطمئن شوید که رابط های دوربین و VNC را نیز فعال کرده اید

مرحله 6: سیم کشی سنسور و دوربین

• باید فقط 4 پین AMG8833 را به Pi متصل کرده و پین IR را رها کنید.
• منبع تغذیه و ولتاژ 5 ولت را می توان به پایه های GPIO 1 و 6 متصل کرد
• SDA و SCL به پین 4 و 5 Pi متصل شده اند.
• با ssh به تمشک وارد شوید
• اجرا کنید: sudo i2cdetect -y 1
• در صورت عدم وجود مشکل در سیم کشی سنسور با Pi ، باید "69" را در ستون 9 مشاهده کنید.
• در نهایت pi camera v2 را به شکاف دوربین در تمشک pi وصل کنید

مرحله 7: نقشه برداری حرارتی

• دستور را صادر کنید: git clone
• به دایرکتوری Adafruit_AMG88xx_python بروید/نمونه
• دستور را صادر کنید: sudo python thermal_cam.py
• من کد نقشه برداری حرارتی AMG8833 را در زیر پیوست کرده ام.

مرحله 8: پردازش تصویر

• نقشه برداری دما

  1. برای تجسم داده های حرارتی ، مقادیر دما در یک گرادیان رنگ ، از آبی تا قرمز با همه رنگهای دیگر در بین آنها ، ترسیم می شود.
  2. هنگامی که سنسور راه اندازی می شود ، کمترین دما به 0 (آبی) و بیشترین دما به 1023 (قرمز) ترسیم می شود.
  3. همه دماهای دیگر در بین مقادیر مرتبط در بازه زمانی مشخص شده است
  4. خروجی سنسور آرایه 1 * 64 است که اندازه آن به یک ماتریس تغییر یافته است.

• درون یابی

  1. وضوح سنسور حرارتی نسبتاً پایین است ، 8 8 8 پیکسل ، بنابراین از درون یابی مکعبی برای افزایش وضوح به 32 32 32 استفاده می شود که منجر به ماتریس 16 برابر بزرگتر می شود.
  2. درون یابی با ایجاد نقاط داده جدید بین مجموعه ای از نقاط شناخته شده کار می کند اما دقت کاهش می یابد.

• اعداد به تصاویر

  1. اعداد بین 0 تا 1023 در ماتریس 32 32 32 در مدل رنگی RGB به کد اعشاری تبدیل می شوند.
  2. از طریق کد اعشاری ، به راحتی می توان تصویر را با یک تابع از کتابخانه SciPy تولید کرد

• تغییر اندازه با آنتی آلیاسینگ

  1. برای تغییر اندازه تصویر 32 32 32 به 500 500 500 به منظور مطابقت با وضوح دوربین Pi ، از PIL (کتابخانه تصویر پایتون) استفاده می شود.
  2. دارای فیلتر ضد نفوذ است که هنگام بزرگ شدن لبه های بین پیکسل ها را صاف می کند

• همپوشانی تصویر شفاف

  1. سپس تصویر دیجیتالی و تصویر حرارتی با یک تصویر نهایی ترکیب می شوند و هر کدام با شفافیت 50٪ اضافه می شوند.
  2. وقتی تصاویر دو سنسور با فاصله موازی بین آنها ادغام شوند ، به طور کامل با یکدیگر همپوشانی ندارند
  3. در نهایت ، اندازه گیری حداقل و حداکثر دما توسط AMG8833 با پوشاندن متن روی صفحه نمایش داده می شود

مرحله 9: کد و فایل های PCB

من کد تست و نهایی پروژه را در زیر ضمیمه کرده ام

مرحله 10: نتیجه گیری

• بنابراین یک دوربین حرارتی با رزبری پای و AMG8833 ساخته شده است.
• ویدئوی نهایی در این پست جاسازی شده است
• می توان مشاهده کرد که وقتی فندک را نزدیک تنظیم می کنم ، دما فوراً تغییر می کند و شعله فندک به دقت توسط سنسور تشخیص داده می شود.
• بنابراین این پروژه می تواند برای تشخیص تب در افرادی که وارد اتاق می شوند توسعه یابد که در این بحران COVID19 بسیار مفید خواهد بود.