DIY-Wärmebildkamera:Wie man eine weniger teure baut

Suchen Sie nach einer Möglichkeit, Wärmesignaturen im Winter zu erfassen, können sich aber keine der kommerziellen Wärmebildkameras leisten? Wenn ja, benötigen Sie eine DIY-Wärmebildkamera.

Die Herstellung einer Wärmebildkamera ist nicht so schwierig, wie es scheint. In Wahrheit beinhaltet der Prozess die Aktivierung der Fähigkeit Ihres Kamerasensors, Infrarotlicht zu sehen.

Die DIY-Wärmebildkamera ist viel billiger als die billigste Wärmebildkamera, die bis zu zweihundert Dollar kostet.

In diesem Artikel erfahren Sie also, wie Sie eine einfache Heimwerker-Wärmebildkamera mit reibungslosem Betrieb bauen, und zeigen Ihnen, wie diese Expertenkameras funktionieren.

Wenn Sie auch mehr über Schaltkreise von Wärmebildkameras erfahren möchten, ist dieser Artikel genau das Richtige für Sie.

DIY-Wärmebildkamera

Die durchschnittliche Wärmebildkamera ist ein teures Gerät. Wenn Sie mieten möchten, würde es fünfzig Dollar pro Tag kosten. Sie können jedoch eine kostengünstigere Wärmebildkamera bauen.

Kurz gesagt, es ist möglich, jede Digitalkamera in eine Wärmebildkamera umzuwandeln. Wieso den? Weil diese Kameras eingebaute CCD-Sensoren haben, die das Infrarotspektrum des Lichts erfassen können.

Telefonkamera mit Wärmebild

Da eine längere Einwirkung von Infrarotlicht den Sensor jedoch beschädigen könnte, verwenden die meisten Hersteller einen Infrarot-Sperrfilter, um diese Funktion zu deaktivieren. Wenn Sie jedoch den Infrarotfilter von Ihrem Kameraobjektiv entfernen, können Sie die Schönheit von Infrarot sehen.

In diesem Artikel wird die Wärmebildkamera MLX90640 mit einer Auflösung von 24 x 32 oder 768 Pixeln für unsere Heimwerker-Wärmebildkamera verwendet. Wir werden auch den MLX90640 und einen Raspberry Pi SBC koppeln, damit er Temperaturkarten mit angemessen hoher Auflösung aufzeichnen kann.

Wir werden auch Python verwenden, um das RPI zu motivieren, bestimmte Grenzwerte zu produzieren. Dann können wir den MLX90640 richtig positionieren, um eine Wärmebildkamera mit einer Auflösung von 320 x 240 bereitzustellen.

Wenn Sie möchten, dass die DIY-Wärmebildkamera funktioniert, während Sie herumlaufen, benötigen Sie eine Möglichkeit, die Live-Ausgabe der Kamera anzuzeigen, und einen Akku, um sie am Laufen zu halten. Das Beste daran ist, dass Sie diese Heimwerker-Wärmebildkamera auch als Überwachungskamera verwenden können, da ihre Auflösung hoch genug ist, um qualitativ hochwertige Bilder aufzunehmen.

Arbeitsprinzip

Eine Wärmebildkamera kann nur den Infrarotbereich eines Objekts erfassen, das für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Interessanterweise können die meisten Dinge Infrarotenergie erzeugen, die man auch als Wärmesignatur bezeichnen kann. Daher erkennt und misst eine Wärmebildkamera die Infrarotenergie eines Objekts.

Außerdem wandelt die Kamera die erfassten und gemessenen Infrarotdaten in ein elektronisches Bild um. Das elektronische Bild zeigt die Oberflächentemperatur des Messobjekts. Wärmebildkameras enthalten auch optische Systeme, die Infrarotenergie auf einem speziellen Detektorchip oder Sensorarray sammeln.

Wärmebild

Darüber hinaus enthält das Sensorarray Tausende von Detektorpixeln in einem Rasterstil. Hier ist der beste Teil. Jedes Pixel auf dem Sensorarray erkennt die darauf fokussierte Infrarotenergie und erzeugt ein passendes elektronisches Signal.

Der Kameraprozessor berechnet dann das Signal jedes Pixels und erstellt eine Farbkarte, die die Temperatur anzeigt. Außerdem hat jeder Temperaturwert eine andere Farbe. Schließlich wird die erzeugte Farbmatrix in den Speicher der Kamera verschoben und zeigt ein Wärmebild Ihres gemessenen Objekts an.

Die meisten Wärmebildkameras sind mit Standardkameras ausgestattet, die automatisch sichtbares Licht erfassen und digitale Standardbilder erstellen. Wenn Sie diese Bilder mischen, können Sie problemlos Problembereiche in Ihrem Wärmebild erkennen und sie mit dem tatsächlichen Bereich und der Ausrüstung abgleichen, die Sie inspizieren.

Erforderliche Komponenten

Sie benötigen zwei Komponenten, um eine DIY-Wärmebildkamera zu bauen, darunter:

• Raspberry Pi 4 Computer
• Wärmebildkamera MLX90640

Während sich die Preise für die beiden Komponenten je nach Kaufort ändern können, sollte das Projekt nicht mehr als einhundertfünfzig Dollar kosten.

Schritte

Hier sind die Schritte, die Sie befolgen müssen, um dieses Projekt zu erstellen:

Schritt 1:Verkabelung

Zuerst müssen Sie Ihren MLX90640 mit Ihrem Raspberry Pi verbinden. Sehen Sie sich das Bild unten an, um zu sehen, wie Sie Ihre Komponenten verdrahten.

Außerdem verwenden der Raspberry Pi und der MLX90640 ein I2C-Protokoll zur Kommunikation. Dieses I2C-Protokoll erfordert, dass die Hardware-Pins fünf oder drei (SDA oder SCL) des Pi funktionieren.

Schaltplan

Schritt 2:Verwenden von MLX90640 zum Einstellen Ihres Raspberry Pi  

Sie benötigen die Adafruit-Bibliothek, um das Breakout-Board des MLX90640 zu programmieren. Geben Sie daher die folgenden Codes auf Ihrem Raspberry Pi-Terminal ein, um zu prüfen, ob Sie den Sensor des MLX90640 in Python visualisieren können:

Es wäre hilfreich, wenn Sie dies auch tun würden; Verwenden Sie die folgenden Befehle: 

Verwenden Sie die folgenden Befehle:Verwenden Sie auch die folgenden Befehle, um zu überprüfen, ob Sie I2C aktiviert haben: 

Der Befehl sollte die Boot-Datei auf dem RPi starten. Navigieren Sie nach dem Öffnen zu dtparam=i2c_arm=on und stellen Sie sicher, dass das Auskommentieren nicht deaktiviert ist. Nachdem Sie Ihr I2C aktiviert haben, starten Sie Ihr RPi mit dem folgenden Befehl neu:

Wenn alle Ihre Verdrahtungen korrekt sind, können Sie den I2C-Port überprüfen, um zu sehen, ob das RPI Ihren MLX90640 nach dem Neustart registriert.

Sie sollten die folgenden Ergebnisse auf Ihrem Terminal erhalten:

Befehlsergebnisse

Sie können loslegen, wenn Sie die Nummer 33 auf Ihrem Terminal sehen. Das liegt daran, dass die I2P-Adresse des MLX90640 0x33 ist. Achten Sie jedoch darauf, dies auf dem Datenblatt des MLX90640 zu bestätigen.

Jetzt sollte Ihr Raspberry Pi in der Lage sein, das Breakout-Board von MLX90640 zu lesen. Sie müssen jedoch einige andere Bibliotheken installieren, da Sie mit der Adafruit-Bibliothek arbeiten. Die folgenden Befehle können Ihnen dabei helfen:

Als Nächstes können Sie Python IDLE (Integrated Development and Learning Environment) installieren, dies ist jedoch kein erforderlicher Schritt. Sie können jedoch den folgenden Code verwenden, um IDLE zu installieren:

Öffnen Sie zuletzt IDLE und versuchen Sie, Ihre MLX90640-Bibliothek mit dem folgenden Testcode von Adafruit zu importieren:

Code testen

Die obigen Codeergebnisse sollten ein Ausdruck der Durchschnittstemperatur sein, die Ihr MLX90640 liest. Keine Panik, wenn Sie beim Lesen Ihres MLX90640 auf einen Aktualisierungsratenfehler stoßen.

Sie können das Problem lösen, indem Sie die Rate des I2C-Geräts auf dem RPi erhöhen. Daher müssen Sie mit dem folgenden Befehl einige Anpassungen an der Datei „config.txt“ vornehmen:

Wechseln Sie zum Abschnitt mit dem unkommentierten „dtparam=i2c_arm=on“ und fügen Sie die folgende Zeile hinzu, um die Geschwindigkeit des I2C auf 1 Mbit/s zu erhöhen:„i2c_arm_baudrate=1000000“.

Schritt 3:Visualisierung der Echtzeit-Wärmebildkamera MLX90640

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Ausgabe Ihres MLX90640 während der Verwendung von Python zu visualisieren. Eines davon ist „imshow“, mit dem Sie jedes Bild anzeigen können.

Hier ist eine einfache Implementierung der MLX90640-Visualisierung unten mit imshow in Python:

Code für die Visualisierung

Schritt 4:Interpolieren des MLX90640

Der obige Visualisierungscode ist nur ein schneller und unkomplizierter Weg, um eine Anzeige von Ihrem thermischen Array MLX90640 zu erhalten. Für den letzten Schritt müssen Sie die Auflösung Ihrer Wärmebildkamera und die normale Plotgeschwindigkeit verbessern.

Zunächst benötigen Sie die Toolbox „ndimage“ aus der Python-Bibliothek, um die Zoom-Funktion zu aktivieren. Mit diesem Befehl können Sie die 24×32-Ausgabe Ihrer Kamera auf 240×320 interpolieren. Fügen Sie dann den Befehl zum obigen Visualisierungscode hinzu:

Als nächstes müssen Sie die „Blitting“-Methode in „matplotlib“ aktivieren, um eine aktualisierte Bildrate für das interpolierte Bild zu erhalten. Hier ist der Code, den Sie dafür benötigen:

Blitting-Code

Aufrundung

Eine kostengünstigere Heimwerker-Wärmebildkamera ist eine großartige Möglichkeit, Infrarotbilder aufzunehmen, ohne Ihre Taschen zu leeren. Nachdem Sie eine erstellt haben, können Sie jeden Temperaturunterschied schnell mit Ihrer Wärmebildkamera untersuchen.

Sie können auch einen Wärmesensor bauen, der Temperaturen in hochauflösenden Bildern anzeigt. Obwohl die Auflösung einer DIY-Wärmebildkamera nicht mit einer kommerziellen Variante vergleichbar ist, ist sie mehr als ausreichend, um Wärmelecks oder Temperaturänderungen in Ihrer Umgebung oder einem Objekt zu erkennen.

Haben Sie irgendwelche Fragen? Wenden Sie sich unbedingt an uns. Wir antworten Ihnen gerne und helfen Ihnen weiter.