Made with KiCad（102）：DIY 一个红外热成像仪

美男子玩编程 · 发表于 2024-10-21 11:09:00

“ 使用 ESP32 和 MLX90640 传感器构建自己的红外成像设备。”

i4escuwweph64023557.png

KiCon Asia 2024 将于 2024 年 11 月 15~16 日在深圳举行，11月14日的线下培训报名已开启：海外的小伙伴仍可以在 KiCon 的官网购买门票：https://pretix.eu/kicad/kiconasia2024/
国内的小伙伴可以在电子发烧友网站报名：
https://bbs.elecfans.com/jishu_2455217_1_1.html:29
Made with KiCad 系列将支持新的展示方式。直接将以下链接复制到浏览器中(或点击“阅读原文”打开)：https://www.eda.cn/ecadViewer/viewerPage/?xmlId=e8f03805-2659-4765-a14d-531e739efd9e&fileZip=%2Fdata%2Fdesign%2Fdemo%2Fe8f03805-2659-4765-a14d-531e739efd9e.zip即可动态查看设计的原理图、PCB、3D 及 BOM，查询设计中器件、走线、焊盘的属性详情。还可以在原理图中与AI小助手互动，帮您更高效地学习设计细节：

rn0kynoy4zt64023657.png

talbsoiijyb64023757.png

5eh5fawhlgz64023857.png

概览
抛弃 X 射线视觉，热像仪才是真正的工业超级英雄！它们不仅能看到光，还能看到热，这使它们成为发现隐藏的能量消耗、精确定位过热设备甚至在黑暗中帮助士兵的大师。它们在技术维修等行业中价值连城，它们像电子猎犬一样嗅出短路。唯一的缺点是什么？它们的价格可能有点高。但是技术总是在不断发展，很快，热视觉可能和你的手机相机一样普遍！在这个项目中，我们将通过使用更便宜的器件制作 DIY 热像仪。我们考虑过的更便宜的热成像传感器是松下的 AMG8833、Melexis 的 MLX90640 和 MLX90641。尽管 AMG8833 是所有产品中最便宜的，但它的分辨率仅为 8x8，而 MLX90640 的分辨率为 32x24，MLX90641 的分辨率为 16x12。由于 MLX90640 的分辨率是这个价格范围内最好的，所以我们选择它作为 DIY 热像仪。下面是装配完毕的 DIY 热像仪：

u3ns1onur1d64023958.png

这是主屏幕界面。在主屏幕上，您可以看到热图像本身以及最小、最大和中间点温度以及电池图标。

ae3l1hs0v3g64024058.png

下图显示的是 DIY 红外热像仪的设置屏幕。设置有 7 个选项。所选选项将以绿色文字显示，其他选项则以白色文字显示。您可以通过短按中间按钮来更改选择。所选选项的值可通过向上/+ 或向下/- 按钮进行调整。

jre3502tu2k64024158.png

以下是部分热成像效果图：

mro4clmdazj64024259.jpg

blpcp2bnkju64024359.jpg

cd5cfuvbvdi64024459.jpg

dd52rlmgvn464024559.jpg

硬件特性

图像传感器分辨率 32x24.

传感器视角 (FoV)：55°x35°

温度测量范围：-40 至 300°C

工作温度范围：-40 至 85°C。

可调刷新率 - 4Hz - 32Hz。

10 种不同的调色板。

5 种不同的插值模式。

易于使用的图形用户界面。

2.4" TFT 显示屏，分辨率为 320x240。

将热图像保存到 SD 卡。

内置电池和充电电路。
电路设计
我们先讨论下电路图，以便更好地理解。USB Type C 用于充电和编程。USB 端口的电源连接到围绕 P 沟道 MOSFET U2 和二极管 D1 构建的电源路径控制器电路。当 USB 电源可用时，设备将通过 USB 电源工作，同时为内部电池充电；当 USB 电源被切断时，设备将自动转为电池供电。

bxn0hkjxpq264024659.png

在电压调节方面，使用了 Microchip 的 MIC5219 3.3V LDO，它能够提供高达 500mA 的电流，满载时的压降非常低，仅为 500mV。MIC5219 的使能引脚连接了一个带有上拉电阻器的滑动开关。该开关用于打开和关闭红外热像仪。当该引脚接地时，LDO 将关闭，因此除电池充电部分外，设备的其他部分也将关闭。

okgoyugpsom64024759.png

为了给内部电池充电，我们使用了 TP4056 充电控制器，其最大充电电流为 1A。为了检测电池电压，我们使用了一个经典的分压器，它可以将电池电压降低到安全水平，以便进行测量。

2k3mlfm3h0f64024859.png

下面是 ESP32 SoC 、编程电路及 MLX90640 远红外热传感器阵列。编程电路由 CH340K USB 至 UART 控制器和 ON Semi 的 2N7002DW 双 N - N 沟道 MOSFET 组成。选择 CH340K 是因为它体积小、成本低。MOSFET 将充当 ESP32 的自动复位电路，从而无需在编程过程中进行手动休眠或启动选择。尽管自动复位工作完美无瑕，我们还是添加了启动和复位按钮，以防万一。围绕 ESP32 的电路是标准的，只有旁路电容和上拉电阻。

rpg2yh2bt5m64024900.png

至于图像传感器，我们决定将其直接焊接到 PCB 上，以使整个设备更加紧凑。传感器通过 I2C 与 SoC 连接，只有 4 个引脚，包括电源和地线。如果我们想使用图像传感器模块来代替将传感器焊接到 PCB 上，或者想添加其他 I2C 设备，可以使用添加到 PCB 上的 I2C 连接器。

mkbb3l013y164025000.png

最后一部分是 TFT 显示屏、导航按钮和 Micro SD 插槽。显示屏采用 2.4 英寸 TFT 显示屏，分辨率为 320x240。显示屏使用了一个 ILI9341 驱动芯片。它通过 SPI 与 ESP32 连接，支持高达 65MHz 的 SPI 速度。显示器直接焊接在 PCB 上。在背光控制方面，我们使用了一个 S8050 晶体管。我们可以使用 PWM 信号控制背光亮度。显示器连接到 ESP32 的 VSPI 接口，而 Micro SD 插槽则连接到 HSPI 接口。这将确保在需要时，ESP32 可以同时访问或控制显示屏和 SD 卡。

0yliwsrfo1c64025100.png

ts4v3zkijpp64025200.png

3D 打印部件

osr1rpwr1nb64025300.png

装配完成后：

0baevgqbufa64025401.png

原理图 & PCB