Тепловизоры способны видеть не только свет, но и тепло, что делает их отличными инструментами для обнаружения скрытого потребления энергии, точного определения мест перегрева и даже помощи солдатам в темное время суток. Особенно для тех, кто работает с источниками питания, такие устройства можно считать незаменимыми.

Можно ли создать тепловизор самостоятельно? Да, вы правы. Ниже приведено подробное описание процесса изготовления тепловизора:

Основные аппаратные компоненты:

• Модуль ESP32 Wrover от Lattice с 8 Мб флеш-памяти и PSRAM
• Массивный датчик дальнего инфракрасного излучения MLX90640
• 2,4-дюймовый TFT-дисплей с разрешением 320×240, драйвер ILI9341
• Контроллер USB — UART WCH Electronics CH340K
• Микросхема зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов TP4056
• Стабилизатор напряжения MIC5219-3.3YM5 на 3,3 В
• МОП-транзистор P-канала AO3401
• Двойной N-канальный МОП-транзистор ONsemi 2N7002DW
• Транзистор S8050 в корпусе SOT-23
• Диод Шоттки ON Semiconductor SS34 40 В 3 А в корпусе SMA
• Считыватель SD-карт
• Разъем USB Type-C с 16 контактами
• Резисторы, конденсаторы, светодиоды, кабели и другие аксессуары

Самый важный элемент тепловизора — тепловизионный сенсор, который чаще всего выбирают из трех моделей: AMG8833 от Panasonic, MLX90640 и MLX90641 от Melexis. Хотя AMG8833 является самым дешевым, его разрешение составляет всего 8×8. MLX90640 предлагает разрешение 32×24, а MLX90641 — 16×12. Учитывая цену и другие факторы, выбор пал на MLX90640.

Схема проекта:

Полная схема DIY-тепловизора представлена ниже.

Для разработки схемы и печатной платы этого проекта использовалась KiCad. Полные файлы можно найти в репозитории на GitHub. Для упрощения понимания вся схема разделена на несколько частей, и весь контент размечен соответствующим образом.

Во-первых, часть, отвечающая за питание. Она включает разъем USB Type-C для подачи питания и программирования, контроллер питания, построенный на МОП-транзисторе AO3401, регулятор напряжения 3.3 В, реализованный на базе контроллера заряда TP4056, и схему зарядки аккумулятора. Для измерения напряжения аккумулятора используется делитель напряжения. Переключатель питания подключен к управляющему входу стабилизатора LDO на 3,3 В.

Далее основная схема, включающая систему на чипе ESP32, контроллер USB-UART и тепловизионный сенсор MLX90640. Для программирования используется микросхема CH340K, обеспечивающая связь по USB. Для схемы автоматического сброса применяются двойные N-канальные МОП-транзисторы. Сенсор MLX90640 подключен к ESP32 через интерфейс I2C. Также предоставлен дополнительный порт I2C на случай экстренных ситуаций.

И, наконец, дисплей, интерфейс для карты microSD и кнопочный ввод. Дисплей подключается к ESP32 через аппаратный интерфейс HSPI. Интерфейс microSD использует выводы VSPI модуля ESP32. Для работы с кнопками используется простая кнопка, подключенная к GPIO и земле.

Проектирование печатной платы (PCB)

Для проектирования печатной платы использовалась KiCad, и достаточно простого двухслойного макета. Это 3D-вид печатной платы.

Полностью собранная печатная плата:

3D-печатные детали:

Для самодельного тепловизора был разработан стильный 3D-печатный корпус. Все файлы для 3D-печати можно скачать по предоставленной ссылке на GitHub или Thingiverse.

Как пользоваться тепловизором:

На главном экране вы можете увидеть сам тепловой снимок, а также минимальную, максимальную и среднюю температуры, а также значок батареи. На следующем рисунке показан экран настроек самодельного тепловизора. В настройках доступны 7 опций. Выбранная опция отображается зеленым текстом, остальные — белым. Вы можете изменить выбор, нажав на центральную кнопку. Для изменения значения выбранной опции используйте кнопки вверх/+ или вниз/-.

Основные технические параметры тепловизора:

• Разрешение теплового сенсора: 32×24.
• Угол обзора сенсора (FoV): 55°x35°.
• Диапазон измеряемых температур: от -40 до 300°C.
• Рабочий температурный диапазон: от -40°C до 85°C.
• Регулируемая частота обновления: от 4Hz до 32Hz.
• 10 различных цветовых палитр.
• 5 различных режимов интерполяции.
• Удобный графический интерфейс пользователя.
• TFT-дисплей 2,4 дюйма с разрешением 320×240.
• Возможность сохранения тепловых изображений на карту SD.
• Встроенная батарея и схема зарядки.

Следующие изображения были сделаны с помощью тепловизора