Недорогой тепловизор своими руками

Недорогой тепловизор своими руками

Тепловизор — прибор для измерения распределения температуры поверхностей, бесконтактным, визуальным способом. Как правило, карта распределения температуры отображается на встроенном в тепловизор цветном дисплее (или последующая передача данных в компьютер) в виде цветного изображения, где красный цвет обозначает наиболее высокотемпературные участки, а черный или синий — низкотемпературные участки. Такие приборы стоят очень дорого (несколько тысяч долларов) и позволяют определять температуры динамических (движущихся объектов) в режиме реального времени.

Но, такой функционал нужен не всегда и в данной статье описывается процесс изготовления самодельного сканирующего тепловизора, стоимость которого не превышает 200$. Процесс сканирования объекта занимает примерно с минуту. Данный тепловизор подойдет для съемки статических обьектов.

В устройстве используется два сервопривода (для перемещения по горизонтали и вертикали), контроллер Arduino (для обработки сигналов и передачи данных в персональный компьютер), лазерный модуль или лазерная указка (чтобы вы видели зону сканирования), сам модуль бесконтактного датчика температуры MLX90614ESF, корпус и поворотное устройство.

Примеры изображений карты температуры поверхностей, полученных с данного тепловизора:

Список используемых элементов:

Модуль Laser Card — 8$ (можно заменить лазерной указкой):
Поиск модуля на AliExpress, модуль на Sparkfun

Вебкамера Microsoft LifeCam VX-700

Поворотное устройство (2 координаты) Lynxmotion Pan and Tilt Kit:
Aliexpress 5-7$, Robotshop.com 9.95$, lynxmotion.com 9.95$

Датчик MLX90614

MLX90614 — инфракрасный термометр в корпусе TO-39. Даташит PDF.
Данные с датчика могут быть считаны при помощи шины SMBus или ШИМ. В нашем случае используется датчик с индексом DCI или BCI. Питание 3В. Индекс I обозначает тип форм-фактора, I — с насадкой для обеспечения узкого поля зрения в 5° (см. рисунок выше).

Сборка тепловизора

1. Для начала необходимо разместить плату Arduino в корпус с батарейным отсеком
2. При помощи суперклея или эпоксидки закрепите серводвигатель в пустом пространстве впереди Arduino.
3. Разместите второй серводвигатель в поворотное устройство и закрепите всю конструкцию на серводвигателе.
4. Теперь, необходимо подключить MLX90614 к Arduino. Для этого подсоедините Ground к GND, Vin к 3.3V, SDA к pin 4 и SCL к pin 5. Также, установите резистор 4.7 кОм от SDA к 3.3V, а второй от SCL к 3.3V. Смотрите схему ниже.

5. Подключите Laser Card или лазерную указку. Лазер нужен для того, чтобы вы могли видеть, где в настоящий момент сканирует тепловизор.
6. После, необходимо установить вебкамеру и сориентировать ее точно с ИК датчиком и лазером, чтобы они были направлены в одну и ту же точку. На этом сборка тепловизора закончена.

Программное обеспечение Arduino

Скачать скетч для конфигурирования датчика. После заливки данного скетча в Arduino, откройте Serial Monitor и нажмите клавишу. Программа изменит настройки EEPROM датчика. Это требуется сделать только один раз. После того, как увидите надпись «Finish» отсоедините Arduino от ПК и присоедините его снова.

Скачать главный рабочий скетч Arduino.

Дополнительно, понадобится библиотека I2CMaster.

Программное обеспечение для компьютера

ПО для компьютера написано на JAVA, поэтому вам понадобится Java Runtime Environement. ПО работает под Windows, Linux или Mac OSX в 32-bit & 64-bit. Однако, если запускается под Windows 64 бит, то лучше установить 32-битную версию JAVA. Скачать.

Недорогой тепловизор своими руками

Простой и дешевый тепловизор, который может изготовить любой радиолюбитель средней квалификации своими руками. В качестве сенсора применена матрица 8х8 элементов, которая позиционируется как датчик для систем охраны. Линейной интерполяцией с простейшей фильтрацией картинка растягивается до размера 57х57 точек. Угол обзора составляет 60 градусов, точность измерения температуры +-2.5 градуса, диапазон 0..+80 градусов. Скорость обновления 10 кадров в секунду. Кроме классического отображения тепловой картины градиентами цвета и яркости, прибор имеет дополнительные функциональные возможности: автоматический выбор пределов отображения температур с возможностью фиксации или выбора из предустановленных значений, «заморозка» отображаемой картинки, возможность сделать на экране копию отображаемой картинки, выбор из нескольких вариантов палитр для отображения температуры на картинке. Прибор питается от встроенного Li-Pol аккумулятора и имеет разъем microUSB для подключения зарядного устройства.

Для чего ? Давно хотелось заиметь тепловизор, ну а самодельный вдвойне интересней, тем более что цены на них так и не падают. Ну и практические цели, для которых создавался этот прибор:
— оценка и сравнение степени нагрева различных компонентов и узлов электроники в практике ее разработки и наладки.
— первичный анализ надежности силовой электрики без ее отключения.
— нахождение мест, через которые происходят потери отопления в помещениях.

На передней панели расположены две кнопки и дисплей, на задней — сенсор. Слева на дисплее имеются две зоны, на верхней отображается текущая картинка, на нижней — запомненная копия картинки. Рядом с картинками изображены столбики с градиентами температур и подписан масштаб шкал. На верхней картинке имеется перекрестие, справа отображается температура точки под перекрестием. Справа отображается напряжение на аккумуляторе и приближенное, вычисленное значение оставшегося заряда в процентах. По углам справа на дисплее подписаны действия по нажатию соответствующих кнопок, ярким — действия по нажатию, тусклым — действия по удержанию.

Функции кнопок:
— нажатие верхней останавливает/запускает обновление текущей картинки.
— удержание верхней копирует текущую картинку со шкалой градиента в текущей палитре и масштабом температур в нижнюю зону.
— нажатие нижней переключает по кругу типы шкал: автоматическое вычисление, фиксация текущей, фиксированная +40..+16 градусов, фиксированная +80..-5 градусов.
— удержание нижней включает/выключает прибор.
— удержание двух кнопок переключает варианты палитры.
Через несколько минут бездействия подсветка пригасает, при этом по нажатию на любую кнопку сначала произойдет восстановления полной яркости подсветки, а непосредственно действие кнопки произойдет только по следующему нажатию.

Прибор собран на 32-разрядном микроконтроллере с ARM архитектурой. TFT дисплей 320х240 с диагональю 2.4 дюйма подключен через 8-ми разрядную параллельную шину и имеет ключ для управления подсветкой ШИМ. Сенсор включен по схеме из даташита и опрашивается МК через шину I2C. Подсистема питания состоит из нескольких узлов. Контроллер заряда аккумулятора имеет светодиод, индицирующий процесс заряда. Кнопка управления питанием развязана диодами с МК так, что ей можно и включать устройство, и управлять МК. Преобразователь, повышающий напряжение на аккумуляторе до величины +5В, нужен для более полного использования емкости аккумулятора. Но он при применении линейного стабилизатора с малым перепадом между входом и выходом, дает не слишком большой прирост времени работы, поэтому преобразователь можно не устанавливать, заменив его перемычкой (5-6 ноги). Линейный стабилизатор понижает напряжение до +3.3В. Делитель для измерения напряжения на аккумуляторе включен после ключа, поэтому не разряжает аккумулятор в выключенном состоянии. Бузер с ключем обеспечивает отзвук при нажатии на кнопки.

МК тактируется от внутреннего генератора с умножителем с ФАПЧ (PLL) частотой 72 МГц. С периодом 100 мС происходит опрос сенсора, затем принятые данные нормируются, интерполируются, фильтруются, вычисляется масштаб шкалы, вычисляется цвет пикселей, и сформированная картинка выводится на дисплей. Каждый элемент из матрицы 57х57 на дисплее отображается четырьмя пикселями. Для ускорения работы, часть процесса обмена данными по I2C убрана в прерывания, а процесс вычислений разбит на этапы для организации подобия конвейера. С определенной периодичностью происходит опрос кнопок и измерение напряжения на аккумуляторе.

Используемый компилятор Keil uVision 4, прошивка написана с использованием библиотеки STM32F30x/31x DSP and Standard Peripherals Firmware Library V1.2.3. Прошивается МК через SWD, например программатором ST-LINK/V2, который присутствует на недорогих отладочных платах DISCOVERY. Можно прошить этот МК вообще без каких-либо программаторов или переходников. Для этого нужно:

1. Модифицируем плату:
— запаиваем кварц 8 МГц с двумя кондерами 22пФ на землю между 5 и 6 ногами МК.
— Запаиваем резистор 1.5к от +USB (1 нога разъема) к цепи +D (нога 33 МК, РА12).
— Подаем на 44 ногу МК (BOOT0) +3.3В.

3. Утилитой DfuFileMgr.exe из пакета конвертим .HEX в .DFU, см. скриншут.

4. Подключаем прибор к USB порту и зажимаем кнопку включения (и не отпускаем до окончания прошивки).

5. Если требуется ставим драйвер, который находится в папке с пакетом.

6. Утилитой DfuSeDemo.exe из пакета грузим в МК файл .DFU и прошиваем, на скриншуте показаны задействованные элементы.

7. Возвращаем землю на ногу 44 (BOOT0).

Конструктив выбирался по критериям максимальной простоты и дешевизны. На дне пластиковой коробки прорезается прямоугольная зона для дисплея 37х50 мм и два отверстия под толкатели кнопок диаметром 4 мм. Сбоку прорезается зона под USB разъем и отверстие диаметром 1 мм для светодиода заряда. На крышке срезается угол 18х20 мм напротив сенсора. В силу того, что сенсор достаточно глубоко утоплен вглубь корпуса, было решено ни чем не закрывать этот угол, к тому же любой материал сильно рассеивал излучение, что приводило к смазыванию картинки. Дисплей приклеен к печатной плате пористым двухсторонним скотчем толщиной 1 мм. Плата в корпусе размещается так, чтобы разъем USB был вставлен в прорезь в корпусе, которую нужно расположить на такой высоте, чтобы дисплей уперся в корпус и слегка сжал скотч. Со стороны кнопок плата упирается в гайку на винте М3х20 завинченном на передней панели. Аккумулятор тоже приклеен к печатной плате пористым двухсторонним скотчем. Разъем аккумулятора нужно припаять к плате слегка под углом, чтобы он не мешал закрыться задней крышке. В прикрепленном к статье архиве есть программа в G-кодах для резки корпуса на 3х-координатном станке, полная спецификация примененных компонентов, печатная плата в формате PCAD2006 и в виде картинки для ее изготовления по лазерно-утюговой технологии.

МК STM32F303CBT в корпусе LQFP-48. МЭМС сенсор серии Grid-EYE компании Panasonic AMG8833, цена на алиэкспресс менее 2к рублей. Дисплей TFT 2.4 дюйма 320х240@262k на контроллере ILI9341 с 37-выводным шлейфом. Названий у них много разных, я брал вот эти https://ru.aliexpress.com/item/2-4-TFT-37PIN-240-320-ILI9341-8-16/32907710976.html
Корпус Sanhe 20-22 размером 92х58х23 мм. Бузер любой со встроенным генератором на 3-5В. Разъем MICROUSB KLS1-233-0-0-1-T (Micro USB 5S-B). Аккумулятор любой Li-Ion, подходящих размеров.

Читайте также  Группы допуска и виды электротехнического персонала

Перспективы. Можно добавить микросхему энергонезависимой памяти 24Cxx для долговременного хранения картинок. МК имеет на борту модуль USB, который можно использовать для выгрузки картинок или скриншотов на компьютер, а также для прошивки МК через загрузчик (DFU). Применение более серьезного сенсора не целесообразно, т.к. резко увеличивает цену, а также потребует применение более мощного МК. Можно подумать над подключением недорогой VGA-камеры, например ov7670, для совмещения картинки градиентов цвета с реальным изображением объектов, как в промышленных приборах. Если найдется кто, для продолжения проекта, буду только рад.

Как сделать тепловизор своими руками

Основная функция тепловизора заключается в наблюдении за изменяющимся распределением температуры на какой-либо поверхности. Вся полученная информация отображается на дисплее, как цветовое поле, где каждый цвет соответствует определенному температурному значению. Современные модели тепловизоров могут быть стационарными и переносными. С помощью стационарных устройств контролируются различные технологические процессы, выполняемые на промышленных предприятиях. Переносные тепловизоры применяются в особых условиях, когда скорость и простота использования приобретают решающее значение.

  1. Принцип работы тепловизора
  2. Тепловизор своими руками из фотоаппарата
  3. Тепловизор своими руками из смартфона
  4. Тепловизор из видеокамеры своими руками
  5. Тепловизор своими руками из веб-камеры
  6. Самодельный сканирующий тепловизор из ик-датчика

Принцип работы тепловизора

Для работы тепловизоров годятся любые погодные условия. С их помощью составляются термограммы, проверяется качество утепления помещений, определяются наиболее холодные или теплые места в комнатах, источники сквозняков и места скопления воды из-за перепадов температур. Но, несмотря на все положительные качества, очень немногие могут приобрести его в личное пользование по причине довольно высокой стоимости. Поэтому многие умельцы пытаются изготовить тепловизор своими руками из подручных материалов.

Благодаря способности к идентификации тепловых волн, тепловизоры стали популярны во многих областях жизни и деятельности людей. Все неодушевленные предметы, наряду с живыми существами, производят излучение электромагнитных волн в достаточно широком диапазоне частот, в том числе и в инфракрасном спектре. Инфракрасное излучение часто называется тепловым. Степень его интенсивности находится в зависимости от температуры объекта и практически не изменяется при разной степени освещения.

Данное свойство положено в основу работы тепловизора, не только фиксирующего тепловое излучение, выделяемое объектами, но и преобразующего в форму, доступную для визуального восприятия. С этой целью в приборе устанавливается специальный объектив с оптикой из германия. Данный материал применяется для изготовления линз, беспрепятственно пропускающих тепловое излучение. Обычное стекло нельзя использовать, потому что оно задерживает инфракрасные лучи.

Проходя через систему линз, инфракрасные волны задерживаются на специальной матрице. Она выполнена в виде микросхемы, состоящей из светочувствительных диодов, способных изменять сопротивление в зависимости от интенсивности воздействия на них инфракрасных лучей. Современные технологии позволяют создать матрицу компактной, с низкой энергоемкостью. Для улучшения качества изображения предусмотрено ее охлаждение с помощью программных и аппаратных средств.

Токовые посылки, прошедшие через матрицу, считываются процессором и преобразуются в видеосигнал, который выводится на внешний монитор или дисплей тепловизора. Разница температур объекта и окружающей среды дают вполне четкий контур изображения. Каждая волна в зависимости от температуры, отображается с помощью разных цветов. Для более удобного пользования прибором в некоторых моделях поверх кадра выводится шкала, отображающая соответствие разных точек изображения, значениям абсолютной температуры объекта. Дополнительно могут отображаться минимальные и максимальные значения температур.

Современные приборы обладают точностью вычислений в пределах 0,05 градуса, что дает возможность получить наиболее реалистичную картинку. Чаще всего настройка тепловизора выполняется на тепловые волны длиной 3-5,5 мкм. Это дает возможность снизить до минимума влияние на чувствительность прибора таких природных явлений, как дождь, снег, туман и дым.

Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Одним из вариантов является самостоятельное изготовление тепловизора на базе фотоаппарата, в состав которого входит матрица со структурой, как и у настоящего прибора.

Изначально каждый фотоаппарат настраивается таким образом, чтобы человек получал изображения в натуральном виде. С этой целью устанавливается специальный фильтр, отражающий или поглощающий инфракрасные лучи. В результате, кривая чувствительности матрицы становится идентичной кривой человеческого глаза. Для того чтобы фотоаппарат стал выполнять функции тепловизора, из него нужно удалить фильтр инфракрасного излучения. Иногда вместо него устанавливается фильтр видимого спектра, не имеющий большого значения и не влияющий на качество изображения. Таким же образом можно изготовить тепловизор для охоты своими руками.

Готовый тепловизор может применяться в домашних условиях. С его помощью легко обнаружить места проникновения в помещение холодного воздуха, ликвидировать сквозняки и утечку тепла.

Тепловизор своими руками из смартфона

Сам смартфон невозможно превратить в тепловизор без использования дополнительного оборудования. Однако с недавних пор стала выпускаться специальная приставка Seek Thermal, являющаяся по своей сути мобильным миниатюрным тепловизором, с размерами, не более спичечного коробка.

Этот мини-прибор способен работать со многими смартфонами на базе Андроид версии не ниже 4.3. Он выполняет те же функции, что и настоящие фирменные тепловизоры, подключается через стандартные разъемы. Получается довольно легко собрать самодельный тепловизор своими руками. Несмотря на маленькие размеры, объектив камеры оборудован кольцом для фокусирования, а также чувствительным сенсором в виде матрицы на 32 тыс. пикселей, частота съемки у которой составляет 9 Гц. Основным достоинством прибора считается величина рабочего температурного диапазона в пределах от -40 до +330 С.

Смартфон для тепловизора является не только экраном, отображающим информацию, но и своеобразной вычислительной машиной. Все действия выполняются с помощью специального приложения Seek Thermal, обладающего широкими возможностями. Данная программа позволяет сделать выбор цветовой палитры, единиц измерения температуры, выполнить настройку изображения и много других операций.

Тепловизор из видеокамеры своими руками

Одним из способов самостоятельного изготовления тепловизора является вариант с использованием видеокамеры. Для этого нужно заранее подготовить все необходимые материалы . Следует запастись обычным инфракрасным термометром, комплектом светодиодов RGB, платой Arduino и самой видеокамерой.

Решение задачи, как сделать тепловизор своими руками достаточно простое, за исключением особенностей программирования платы. В самом начале выполняется подключение инфракрасного термометра к плате Arduino. Данный элемент позволяет определить температуру объекта в какой-либо конкретной точке. Сама плата выполняет промежуточную функцию. К ней подключаются заранее приготовленные светодиоды. Затем всю систему нужно запрограммировать таким образом, чтобы показания термометра совпадали с определенным цветом, который будут производить светодиоды. Если выполнить настройку в соответствии с общепринятыми стандартами, то высокой температуре будет соответствовать красный цвет, а более низким температурным показателям – синий.

Работоспособность всей конструкции проверяется путем направления на стену луча инфракрасного термометра. При этом светодиоды должны загореться установленными цветами. Однако такая проверка будет неполной в связи с отсутствием дисплея. Эта проблема легко решается с помощью обычной видеокамеры, настроенной на замедленную съемку. Снимки производятся через каждые 2-3 секунды, фиксируя освещение, исходящее от светодиодов. На дисплее отображаются соответствующие цветные пятна.

Тепловизор своими руками из веб-камеры

Одним из вариантов такой сборки является использование рабочей веб-камеры и датчика температуры MLX90614, предназначенного для сканирования объекта. Его единственным недостатком считается очень низкая скорость сканирования. Однако на фоне существенной экономии денежных средств, эта проблема не имеет решающего значения.

Дополнительно понадобятся: плата Arduino, два сервопривода с корпусами, штатив, резисторы на 4,7 кОм – 2 шт., лазерная указка. Источником исходного изображения служит веб-камера, она же выполняет функции видоискателя.

С помощью двух сервоприводов осуществляется движение в горизонтальном и вертикальном направлениях. Нижний горизонтальный привод закрепляется на штативе, сюда же устанавливается лазерная указка. На вертикальный сервопривод прикрепляется веб-камера и датчик температуры. Датчики Arduino подключаются по специальной схеме. Далее, когда тепловизор из камеры своими руками полностью собран, вся конструкция помещается в общий корпус и закрепляется на штативе. После этого можно начинать сканирование выбранной области. При этом лазерная указка выполняет функцию целеуказателя во время проведения съемки.

Самодельный сканирующий тепловизор из ик-датчика

Принцип работы светодиода: параметры и характеристики

Инфракрасные обогреватели вред и польза

Камера видеонаблюдения Wi-Fi

Камера видеонаблюдения к телевизору

Камеры видеонаблюдения с датчиком движения и записью

Как сделать охотничий тепловизор своими руками?

Изначально предназначение тепловизора заключалось в использовании в военных целях. На сегодняшний же день его можно применять на охоте, в промышленности и в других целях. Покупной прибор имеет немалую стоимость, доступную не каждому человеку. В такой ситуации можно воспользоваться возможностью изготовления бюджетного тепловизора своими руками. Это довольно не простая задача, однако вполне выполнимая.

Чаще всего встречаются переделки следующих цифровых фото- и видеоустройств:

  • фото- и видеокамеры. Для того, чтобы переделать цифровую камеру в тепловизор, следует демонтировать особый фильтр – так можно превратить оборудование в охотничий тепловизор. Это можно сделать своими руками посредством небольшой доработки конструкции с использованием паяльника;
  • покупка девайсов для современных мобильных устройств;
  • web-камера. Дополнительно покупаются компоненты, которые позволяют устройству работать в диапазоне ИК.

Для анализа целесообразности таких переделок следует обдумать порядок работы и просчитать возможные последствия изменения конструкции прибора.

Охотничьи тепловизоры в идеале должны иметь корпус, который будет устойчивым к механическим повреждениям и ударам. Желательно, чтобы он был сделан из сплава с защищенностью примерно степени IP54.

Рассмотрим подробнее, как сделать тепловизор для охоты своими руками и что для этого понадобится.

Сложность изготовления тепловизора

Данное устройство фиксирует инфракрасное излучение, испускаемое животными. Бывалые же охотники на практике используют прибор не для быстрого поиска добычи, а для нахождения подранков. Для других целей прибор мало подходит, поскольку дальность его действия ограничивается чувствительностью.

По конструкции тепловизор во многом похож на классическую цифровую камеру. В его конструкции используются следующие составляющие:

  • светочувствительная матрица. Состоит из множества фотоэлементов, которые фиксируют разницу спектра картинки в области действия оптической системы;
  • оптическая система. Нужна для фокусировки изображения, а также для его перенаправления на принимающее устройство;
  • информационный блок обработки;
  • дисплей для отображения графической информации.
Читайте также  Автоматический старт дизель-генератора при прекращении подачи электроэнергии

Основная сложность самостоятельного создания тепловизора заключается в материалах, применяемых в процессе производства светочувствительной матрицы и оптической системы. Эти компоненты можно купить отдельно и провести самостоятельную адаптацию для совместной работы.

Варианты адаптации других устройств

Можно найти много вариантов переделки стандартных фото- и видеокамер, а также других устройств, чтобы они могли выполнять функции тепловизора. Идеальной замены добиться невозможно, так как в таком случае производители сделали бы данную опцию базовой для оборудования. Максимум, чего можно достичь при переделке камеры – это режим ночной съемки на расстоянии до 2 метров.

Цифровая камера

Несмотря на некоторую схожесть в конструкции, является очень проблематичным сделать полноценный тепловизор из цифровой камеры. Демонтаж фильтра, работающего в диапазоне ИК, не принесет желаемого результата. Негативные последствия подобной операции – быстрый выход из строя матрицы и повышение уровня цветового шума.

Дополнительно можно столкнуться с такими проблемами:

  • для работы специальной матрицы требуется особая система охлаждения, отсутствующая в бытовой технике;
  • чувствительность матрицы в устройстве не рассчитана на восприятие инфракрасного диапазона. То есть, ее нужно заменить на соответствующую;
  • программное обеспечение устройства не позволит правильно обработать полученное изображение – понадобится перепрошивка.

Если учесть все эти нюансы, то в итоге получится не очень качественный тепловизор. Его дальность будет минимальная, а высокая погрешность изображения не позволит нормально охотиться.

Web-камера

Альтернативным вариантом может быть изготовление устройства, которое регистрирует тепловое излучение животных и птиц, из Web-камеры.

Для переделки нужно приобрести специальный набор, который включает следующие элементы:

  • плата Arduino для передачи изображения;
  • два серводвигателя, необходимых для вертикального и горизонтального смещения камеры;
  • температурный датчик MLX90614;
  • камера и лазерная указка (для использования в качестве тепловизионного прицела для охоты).

После сборки устройство будет способно фиксировать тепловое излучение на расстоянии до 30 метров. Бинокль с тепловизором для охоты можно также попытаться сделать с использованием Web-камер.

Инфракрасный термометр

Своими руками прибор можно сделать и с помощью платы Arduino и инфракрасного градусника. Для этого необходимо взять хороший инфракрасный термометр, так как известно, что он может измерять температуру на некотором расстоянии, и подключить его к светодиодам с фонаря через плату Arduino.

Фонарь для этого следует брать из качественных изделий. Если купите дешевую модель, то и тепловизор получится таким же. Плата Arduino – устройство, предназначенное для строительства простых схем в робототехнике и автоматике. Используется не специалистами в этих областях.

Программируйте плату так, чтобы свет фонарика изменялся в зависимости от температуры объекта.

Допустим, что холодные предметы будут синего цвета, живые объекты – красными, нейтральные – зелеными. Таким образом, при наведении прибора, разные объекты будут иметь соответствующий цвет. К прибору можно подключить цифровой дисплей, получая картинку с качеством не хуже, чем у дорогих моделей готовых тепловизоров.

Так, вполне реально самостоятельно сделать охотничий тепловизор. И если стоимость прибора в магазинах составляет от 19 000 рублей, самодельный прибор вам обойдется в сумму от 2 до 5 тысяч. Окончательная стоимость определяется комплектующими деталями.

Например, стоимость платы Arduino – от 150 рублей, она зависит от качества, на светодиодный фонарь придется потратить от 500 до 2 000 рублей, а приличный дисплей можно приобрести за цену 1000–1500 рублей.

Покупка «девайса» для телефона

В последнее время популярными стали бытовые тепловизоры, которые стремятся адаптировать для охоты. Фактически же практике они могут использоваться только для поиска подранка, поскольку имеют ограничение дальности действия. Подобные модели чаще всего применяют для расчета тепловых потерь дома или анализа системы отопления.

Ярким примером такого действия является тепловизор Seek Thermal, который работает в паре со смартфоном.

Однако для анализа актуальности использования прибора во время охоты следует ознакомиться с техническими характеристиками устройства:

  • задекларированная дальность обнаружения составляет до 550 метров, но только при отсутствии большого количества тепловых объектов и тумана;
  • чувствительность – 70 mK;
  • наличие цветовой подсветки.

Цена такой модели составляет от 17 тысяч рублей.

Профессиональный охотничий тепловизор рекомендуется приобретать только в случае, если он действительно необходим.

Перед принятием решения касательно целесообразности самостоятельного изготовления прибора подсчитайте расходы и сравните с покупным устройством. Составьте полный перечень деталей и тщательно спланируйте все свои действия.

Как сделать тепловизор из фотоаппарата: как переделать, видео

Тепловизор из фотоаппарата своими руками можно сделать без особенного опыта, если четко следовать инструкции. Фактически техника не нуждается в доработке, наоборот, ее нужно избавить от лишних элементов.

Для чего можно использовать самодельный тепловизор

Любые живые и неживые объекты с температурой поверхности выше нуля излучают тепло. Различить его невооруженным взглядом нельзя, поскольку речь идет о свечении в инфракрасном диапазоне. Но зато увидеть такое излучение позволяет специальный прибор — тепловизор. Он предоставляет цветную картинку, где теплые объекты выделены цветами от фиолетового до красного в зависимости от конкретной температуры.

Стоимость профессиональных тепловизоров довольно высокая, но полезный прибор можно сделать самостоятельно из старой техники, например, из цифрового фотоаппарата.

Тепловизор может пригодиться для нескольких целей.

  1. Контроль за утечками тепла. При помощи прибора можно оценить качество теплоизоляции и выяснить, где именно наблюдаются резкие температурные перепады.
  2. Диагностика утечки энергии. Тепловизор поможет установить слабые места электроприборов, понять, где происходит излишний нагрев проводников, вызванный плохим контактом.
  3. Ночное видение. Тепловизор из старого фотоаппарата может оказаться очень полезным на темной улице или в лесу, поскольку поможет обнаружить людей и теплые объекты.

Также устройства инфракрасного спектра применяют в машиностроении, металлургии, в медицине и при спасательных операциях. Но здесь речь идет уже о профессиональных приборах с высоким уровнем надежности и расширенным функционалом.

Как сделать тепловизор из цифрового фотоаппарата своими руками

Сделать тепловизор из старого фотоаппарата довольно просто, поскольку модернизировать устройство фактически не придется. Матрица фототехники изначально способна воспринимать инфракрасное излучение.

Фотоаппарат для изготовления тепловизора берут цифровой, в слишком старых моделях нужной матрицы нет

Но поскольку для создания снимков такая функция не нужна, еще на заводе в девайс устанавливают тепловой фильтр, отражающий или поглощающий ИК-спектр. В результате на экране фотоаппарата пользователь видит только то, что и так воспринимает человеческий глаз. Таким образом, для превращения девайса в тепловизор достаточно просто извлечь ИК-заглушку.

Подготовка материалов и инструментов

Чтобы сделать тепловизор из старого фотоаппарата, понадобится подготовить некоторые инструменты и расходные материалы:

  • цифровую фототехнику с жидкокристаллическим дисплеем, так называемую мыльницу, обязательно в рабочем состоянии;
  • инфракрасные светодиоды с мощностью 2-5 Вт в количестве двух штук;
  • радиаторы для охлаждения светодиодов;
  • кнопку включения и выключения;
  • модуль повышения или понижения напряжения;
  • пальчиковую батарейку 1,5 В формата АА;
  • маленький пинцет;
  • малярный нож;
  • отвертку со сменными насадками для очень маленьких винтов;
  • паяльник;
  • клеевой пистолет.

Расходные материалы и инструменты дешевые и доступные, приобрести их можно на радиорынке или через Интернет.

Как переделать фотоаппарат в тепловизор

Переделка фотоаппарата в тепловизор не представляет особенных сложностей, если следовать проверенному алгоритму:

  1. На фотоаппарате откручивают все видимые винтики, а потом аккуратно снимают крышку, прикрывающую заднюю панель и края жидкокристаллического дисплея. После этого демонтируют сам экран, отомкнув его от придерживающей рамки, и отсоединяют от внутренней платы электронные шлейфы.
    Шлейфы скрепляют части фотоаппарата, без их отключения нельзя разобрать девайс
  2. С устройства снимают переднюю крышку и демонтируют провод микрофона. С осторожностью нужно обращаться с высоковольтным конденсатором вспышки. Его контакты необходимо замкнуть тестером или вольтметром, не прикасаясь к элементу руками.
    Высоковольтный конденсатор на плате способен довольно сильно ударить током при касании
  3. Нужная светочувствительная матрица расположена рядом с объективом фотоаппарата. Чтобы добраться до нее, необходимо открутить при помощи отвертки удерживающие винты и снять весь блок. После этого инфракрасный фильтр аккуратно поддевают пинцетом за край и отделяют от матрицы.
    Инфракрасный фильтр на свету будет слегка зеленоватым
  4. На место демонтированного фильтра устанавливают простое тонкое стекло или прозрачную пленку. Этот этап можно пропустить, поскольку воспринимать ИК-излучение самодельный прибор в любом случае будет. Но видео о тепловизоре своими руками из фотоаппарата рекомендует все-таки установить фильтр, если хочется сохранить функцию автофокуса. Без стекла или пленки эта опция пострадает.
    Самодельный прозрачный фильтр можно вырезать из защитной пленки для экрана смартфона
  5. Дальше можно приступать к обратной сборке самодельного тепловизора из фотоаппарата. Блок со светочувствительной матрицей устанавливают над объективом на прежнее место и фиксируют винтами.
    Затянуть винты нужно максимально плотно, чтобы матрица не «люфтила»
  6. На место устанавливают также плату управления, закрепляют винты. Вставляют в нужный отсек конденсатор вспышки и паяльником восстанавливают нарушенные контакты.
    При обратной сборке нужно соблюдать максимальную внимательность и не оставлять «лишних» деталей
  7. Шлейфы электронной платы подключают в соответствующие разъемы, после чего возвращают на место посадочную рамку и жидкокристаллический экран.
    Перед обратной установкой корпуса нужно убедиться, что никакие шлейфы и другие запчасти не забыты
  8. Переднюю и заднюю крышку монтируют на место, после чего закручивают последние оставшиеся винты и проверяют устройство на работоспособность. Затем можно переходить к следующему этапу — для тепловизора нужно организовать подсветку. Для этого к подготовленной пальчиковой батарейке подключают резистор и снижают напряжение до 1,7 В.
    Исходное напряжение в элементе питания слишком высокое — 2,8 В
  9. Светодиоды промазывают теплопроводящей пастой и припаивают к радиаторам по контактам. Нужно проконтролировать, чтобы лампочки плотно прижимались к поверхности, иначе в процессе работы они будут перегреваться. Фотоаппарат снова разбирают и снимают заднюю крышку, чтобы установить на свободное место кнопку для включения и выключения инфракрасной подсветки.
    Кнопку можно взять без фиксации — это поможет экономить заряд батарейки
  10. На последнем этапе внутри корпуса прокладывают провода, которые соединят между собой кнопку, подсветку и питание. Радиаторы с закрепленными инфракрасными светодиодами приклеивают на передней крышке тепловизора по сторонам объектива. Сверху прикрывают пластиковой заглушкой с проделанными для лампочек отверстиями. Корпус собирают окончательно, а выведенные наружу провода прикрепляют к внешнему резистору.
    Чтобы резистор не висел на проводах, его можно приклеить к торцевой стенке или дну тепловизора
Читайте также  Счетчик расхода воды

Необходимо отметить, что самодельный тепловизор на основе старого фотоаппарата не будет обладать высокой чувствительностью. Яркой и контрастной цветной картинки он не даст, и использовать его для измерения температуры не получится. Но предоставлять отчетливое изображение в полной темноте домашний прибор сможет, и инфракрасное свечение достаточно мощных объектов, расположенных вблизи, тепловизор тоже зафиксирует.

Заключение

Тепловизор из фотоаппарата своими руками по функциональности сильно уступит покупному. Но в ближнем инфракрасном спектре он работать будет и особенно хорошо станет действовать в качестве прибора ночного видения.

Делаем небюджетный тепловизор своими руками

Кто из посмотревших фильм «Хищник» не мечтал обладать термальным зрением как инопланетный охотник? В наше время это не сложно, но достаточно дорого: не каждый может позволить себе купить тепловизор, хотя в последнее десятилетие, с развитием технологий, они стали гораздо доступнее. Одним из многих проектов на ардуино, которым я был очарован и вовлечен в удивительный мир микроконтроллеров, был как раз тепловизор, если его можно так назвать. Устройство на основе однопиксельного бесконтактного датчика температуры и системы механической развертки хотя меня и сильно впечатлило, но я так и не повторил его, так как, честно сказать, скорость его работы совсем не впечатляла. К слову сказать, датчик MLX90614, использованный в том проекте, достаточно дорогой (по стоимости за пиксель) по сравнению с теми, речь о которых пойдет дальше.

Disclaimer
Топик должен был называться «делаем бюджетный тепловизор», но за то время, пока у меня не доходили до него руки, ситуация изменилась и он стал весьма небюджетным. О текущих ценах на комплектующие в конце статьи.

Тема тепловизоров меня захватила и я всегда с интересом следил за новостями в этой области электроники. Очевидно, чтобы не использовать систему механической развертки нужен датчик большего разрешения, я составил для себя список таких датчиков, но многие из них были недоступны для покупки. Еще недавно на просторах интернета можно было встретить истории, что продавец отказывался отправлять подобные датчики в нашу страну, считая их устройством двойного назначения. Когда же в свободной продаже на aliexpress появился модуль с датчиком AMG8833, а в сети появились проекты с его использованием, я не смог противостоять желанию получить его, хотя стоимость и превышала почти вдвое ежемесячный лимит, отведенный мною на покупки. Датчик был приобретен за 37$ (сейчас его можно купить за 28$). Конечно разрешение у сенсора очень низкое для какого бы то ни было практического использования в качестве тепловизора, но его достаточно, чтобы получить массу восторга, впервые взглянув на мир «глазами хищника».
«селфи» снятое на AMG8833

Вдоволь поэкспериментировав с AMG8833, я отложил его для будущего использования и стал думать о большем. Ведь все на том же aliexpress в продаже появились модули на базе сенсора MLX90640 с разрешением 32*24 и ценой в 60-70$. С таким разрешением возможно использовать его для каких то практических целей, ну и конечно поиграть серьезнее.

Особенности MLX90640:
— Диапазон рабочих температур от -40 до 85 ° C, позволяет использовать в сложных промышленных условиях
— Может измерять температуру объекта от -40 до 300 ° C
— Типичная точность измерения температуры целевого объекта 1 °, точность по всей шкале измерения
— NETD всего 0,1K RMS при частоте обновления 1 Гц
— Не требуется повторная калибровка для конкретных температурных требований, что обеспечивает большее удобство и снижает эксплуатационные расходы
— Два варианта поля зрения (FoV): стандартное (MLX90640BAB) 55 ° x35 ° и широкоугольное (MLX90640BAA) 110 ° x75 ° Матрица с широкоугольным полем зрения обладает меньшим шумом и большей точностью измерения.
— 4-контактный корпус TO39 с необходимой оптикой
— Цифровой интерфейс, совместимый с I²C, упрощающий интеграцию

Отдельно датчик можно было приобрести примерно за 55-60$ в зависимости от версии. Но мне интереснее модули с обвязкой. Есть несколько вариантов таких модулей:
1. Модули, включающие сам сенсор и его обвязку для питания и работы с микроконтроллером по шине I2C.


2. Модули для платформы M5STACK/M5STICK, такие модули содержат необходимую обвязку для питания сенсора и работы с микроконтроллером по шине I2C.

3. Модули с микроконтроллером, реализующим UART интерфейс. Для работы с таким модулем можно обойтись без внешнего микроконтроллера, подключив его к ПК через USB-UART конвертер, я встречал 2 варианта таких модулей. Программное обеспечение для ПК позволяет визуализировать исходное тепловое изображение с сенсора или с программной интерполяцией.

4. Следующим вариантом развития модулей с микроконтроллером являются модули, в которых реализован USB интерфейс и которые можно напрямую подключать к ПК, при этом сохранен UART интерфейс и доступна шина I2C самого сенсора. Для доступа к сенсору по I2C нужно замкнуть конденсатор сброса (который еще нужно найти).

5. Наконец последним вариантом является модуль Red Eye Camera, в котором также реализован USB интерфейс, но, насколько я понял, нет возможности получить сырые данные с сенсора по I2C, при этом доступен UART. Судя по картинкам на странице товара для данного модуля есть ПО для Android.

Мне хотелось иметь возможность для взаимодействия с сенсором по I2C, поэтому я выбрал модуль под номером 4, в котором есть эта возможность, а также реализован USB интерфейс. Со всевозможными скидками на распродаже 11.11.2019 г. этот модуль был приобретен за 54,31$.

Такой довольно дорогой модуль поставлялся в упаковке без какой бы то ни было защиты, к счастью не пострадал. Размеры модуля 28*15 мм.

К сожалению, не удалось найти никакой другой информации о данном модуле кроме представленной на странице товара: ни схемы, ни ПО. На модуле указано его название, версия и дата — «mlx_module v3.1.0 20190608. Но поиск по данному обозначению не дал никаких результатов. У всех продавцов одни и те же фото и описание товара.

Я не терял надежды, что драйвера под Windows найдутся автоматически, но чуда не произошло. При подключении в диспетчере устройств появилось новое неизвестное устройство с com-портом, после поиска драйверов оно было идентифицировано как трекбол, но драйвера не были правильно установлены. При этом в системе еще появляется com-порт. Я попытался использовать ПО от аналогичного модуля без usb, но безрезультатно: видимо протоколы обмена данными через UART у этих модулей отличаются. При последующих подключениях оно вообще не обнаруживалось.

Остался второй вариант использования данного модуля – подключение непосредственно к сенсору по шине I2C. Для этого, согласно информации на странице товара, необходимо замкнуть конденсатор сброса. Осталось найти его на плате среди десятка конденсаторов.

На плате установлены следующие компоненты:
— микроконтроллер STM32F301K6;
— USB-UART конвертер CH340;
— стабилизатор напряжения;
— кварцевый резонатор;
— резисторы и конденсаторы.

Вид сверху.

Вид снизу.

Чтобы найти нужный конденсатор, пришлось изучить даташит на микроконтроллер STM32F301K6 и прозвонить саму плату. Конденсатор, подключенный к пину reset микроконтроллера STM32, выделен на фотографии красным. Потребовалась довольно тонкая работа, чтобы замкнуть его с помощью кусочка провода МГТФ.

Я проверил несколько примеров работы сенсора с ESP32. Для итоговой реализации я использовал в качестве управляющей платформы TTGO T-Watch, о которой можно узнать из моих обзоров: раз, два. Для подключения сенсора к T-Watch я использовал прото-шилд для Wemos D1 mini и угловые штырьковые гребенки. Получилось довольно компактно, конечно, корпус бы не помешал. Взяв за основу данный проект, я переделал его под TTGO T-Watch, а также добавил интерполяцию и возможность сохранения фотографий на microSD.
Пример сохраненных фото с «тепловизора».


Ещё несколько примеров фотографий



Фотографии сделаны до реализации интерполяции в разрешении 32*24 пикселей. А на видео уже пример работы с интерполяцией, с разрешением 64*48. Частота кадров составляет всего 4 кадра в секунду она зависит от частоты опроса датчика и задается программно, частоту можно увеличить до 32 при этом увеличится погрешность измерений.


Несмотря на столь небольшое разрешение сенсора MLX90640 его вполне можно использовать для множества целей:
— поиск утечек тепла в доме, при утеплении лоджии проверено на личном опыте;
— поиск греющихся элементов на плате, конечно самые мелкие детали будут неразличимы, но тем не менее такой инструмент может быть полезен;
— контроль присутствия людей, там где нет возможности использовать видеокамеру, человека можно заметить с расстояния порядка 10 м;
— пожарная безопасность;

Функции и улучшения, которые я хотел бы добавить к «тепловизору»:
— переделать проект под большой дисплей с тачскрином;
— добавить поддержку LVGL и сделать красивый дизайн с меню;
— увеличить разрешение сохраняемых изображений;
— добавить возможность потоковой трансляции изображения по Wi-Fi.

Я хочу также реализовать следующие проекты на основе сенсора MLX9040:
— Мобильный тепловизор на основе ESP32.
— Мобильный тепловизор для андроид.
— Радиоуправляемый робот с термальным зрением.
— Камера наблюдения с режимом термальной съемки.
— Тепловизор с детектором лиц на базе kendryte k210.
— Шлем виртуальной реальности или очки с термокамерой.

P.S.S.
В следствие пандемии коронавируса цены на сенсор MLX90640 взлетели в несколько раз. На Aliexpress можно найти модуль примерно за 200$. В конце 2019 г. компания Sipeed обещала выпустить в скором времени модуль термокамеры с разрешением 32*32 на базе сенсора от Heimann за

50$, но опять же из-за пандемии этим обещаниям не суждено было сбыться. Надеюсь в будущем ситуация улучшится.