كاميرا حرارية فعالة من حيث التكلفة: 10 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

• لقد طورت جهازًا يمكن توصيله بطائرة بدون طيار ويمكنه البث المباشر لإطار مدمج مصنوع من صورة حرارية تُظهر الإشعاع الحراري والتصوير الفوتوغرافي المنتظم بالضوء المرئي.
• تتكون المنصة من كمبيوتر صغير أحادي اللوحة ، ومستشعر كاميرا حرارية ، ووحدة كاميرا عادية.
• يهدف هذا المشروع إلى دراسة إمكانيات منصة التصوير الحراري منخفضة التكلفة للكشف عن الأضرار في الألواح الشمسية التي تتميز بالتوقيعات الحرارية.

اللوازم

• Raspberry Pi 3B +
• باناسونيك AMG8833 عين شبكية
• كاميرا Pi V2.0
• كمبيوتر محمول مع عارض VNC

الخطوة 1: تطوير ثنائي الفينيل متعدد الكلور

• يمكن تصميم لوحة PCB لمستشعر عين الشبكة من باناسونيك بمساعدة Auto-desk EAGLE.
• تم تطوير ملف.brd على غرار وحدة Adafruit AMG8833 مع تعديلات طفيفة
• ثم يمكن طباعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع الشركات المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور واستخدمت pcbway.com ، حيث كان طلبي الأول مجانيًا تمامًا.
• لقد وجدت أن لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور كان مختلفًا تمامًا عن اللحام الذي كنت أعرفه لأنه يتضمن أجهزة مثبتة على السطح ، لذلك ذهبت إلى شركة تصنيع أخرى لثنائي الفينيل متعدد الكلور وحصلت على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ملحومًا بالمستشعر.

الخطوة الثانية: تطوير البرمجيات

• تمت كتابة الكود في Thonny ، بيئة تطوير متكاملة للثعبان.
• كان الإجراء وراء المشروع هو توصيل كاميرا pi وتثبيت البرامج المرتبطة.
• كانت الخطوة التالية هي توصيل المستشعر الحراري لتصحيح دبابيس GPIO وتثبيت مكتبة Adafruit لاستخدام المستشعر.
• احتوت مكتبة Adafruit على برنامج نصي لقراءة المستشعر وتعيين درجات الحرارة للألوان ، ومع ذلك ، لا يمكن تنفيذ الصور المتحركة التي أنشأتها
• لذلك تمت إعادة كتابة الكود إلى تنسيق يدعم معالجة الصور ، بشكل أساسي لدمج إطارين معًا.

الخطوة الثالثة: قراءة المستشعرات

• لجمع البيانات من الكاميرا الحرارية تم استخدام مكتبة ADAFRUIT ، مما يسمح بإطلاق المستشعرات بسهولة باستخدام الأمر readpixels () ، مما يؤدي إلى إنشاء مصفوفة تحتوي على درجات حرارة بالدرجة المئوية المقاسة من عناصر منفصلة لأجهزة الاستشعار.
• بالنسبة لكاميرا Pi ، يقوم أمر الوظيفة picamera.capture () بإنشاء صورة بتنسيق ملف الإخراج المحدد
• لتتناسب مع المعالجة السريعة ، تم ضبط دقة أقل على 500 × 500 بكسل

الخطوة 4: إعداد المستشعر الحراري

• أولاً ، يتعين علينا تثبيت مكتبة Adafruit وحزم Python
• افتح موجه الأوامر وقم بتشغيل: sudo apt-get update الذي سيحدث لك Pi
• ثم قم بإصدار الأمر: sudo apt-get install -y build-basic python-pip python-dev python-smbus git
• ثم قم بتشغيل: git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO…. والتي ستنزل حزمة Adafruit على Raspberry Pi
• تحرك داخل الدليل: cd Adafruit_Python_GPIO
• وقم بتثبيت الإعداد عن طريق تشغيل الأمر: sudo python setup.py install
• الآن قم بتثبيت scipy و pygame: sudo apt-get install -y python-scipy python-pygame
• أخيرًا ، قم بتثبيت مكتبة الألوان عن طريق إصدار الأمر: sudo pip install color Adafruit_AMG88xx

الخطوة 5: تمكين واجهة I2C

• قم بإصدار الأمر: sudo raspi-config
• انقر فوق الخيارات المتقدمة وحدد I2C ثم قم بتمكينه وحدد إنهاء
• أعد تشغيل Pi لتمكين I2C بنجاح
• تأكد من تمكين واجهات الكاميرا و VNC أيضًا

الخطوة 6: توصيل جهاز الاستشعار والكاميرا

• يجب عليك توصيل 4 دبابيس فقط من AMG8833 بـ Pi وترك دبوس IR.
• يمكن توصيل الإمداد والأرض بجهد 5 فولت بدبابيس GPIO 1 و 6
• تم توصيل SDA و SCL بالدبوس 4 و 5 من Pi.
• تسجيل الدخول إلى raspberry مع ssh
• تشغيل: sudo i2cdetect -y 1
• يجب أن ترى "69" في العمود التاسع إذا لم يكن هناك مشكلة في توصيل المستشعر باستخدام Pi.
• أخيرًا ، قم بتوصيل كاميرا pi v2 بفتحة الكاميرا في raspberry pi

الخطوة 7: رسم الخرائط الحرارية

• قم بإصدار الأمر: git clone
• انتقل إلى الدليل Adafruit_AMG88xx_python / أمثلة
• قم بإصدار الأمر: sudo python Thermal_cam.py
• لقد أرفقت رمز تعيين AMG8833 أدناه.

الخطوة 8: معالجة الصور

• رسم خرائط درجة الحرارة

  1. لتصور البيانات الحرارية ، يتم تعيين قيم درجة الحرارة في تدرج لوني ، يتراوح من الأزرق إلى الأحمر مع كل الألوان الأخرى بينهما
  2. عند بدء تشغيل المستشعر ، يتم تعيين أدنى درجة حرارة على 0 (أزرق) وأعلى درجة حرارة على 1023 (أحمر)
  3. يتم تعيين قيم مترابطة لجميع درجات الحرارة الأخرى الواقعة بينهما ضمن الفاصل الزمني
  4. خرج المستشعر هو 1 × 64 مجموعة والتي تم تغيير حجمها إلى مصفوفة.

• إقحام

  1. دقة المستشعر الحراري منخفضة إلى حد ما ، 8 × 8 بكسل ، لذلك يتم استخدام الاستيفاء المكعب لزيادة الدقة إلى 32 × 32 مما ينتج عنه مصفوفة أكبر بمقدار 16 مرة
  2. يعمل الاستيفاء عن طريق إنشاء نقاط بيانات جديدة بين مجموعة من النقاط المعروفة ولكن الدقة تنخفض.

• أرقام للصور

  1. يتم تحويل الأرقام التي تتراوح من 0 إلى 1023 في مصفوفة 32 × 32 إلى رمز عشري في نموذج ألوان RGB.
  2. من الكود العشري ، من السهل إنشاء الصورة باستخدام وظيفة من مكتبة SciPy

• تغيير الحجم باستخدام الصقل

  1. لتغيير حجم الصورة 32 × 32 إلى 500 × 500 لمطابقة دقة كاميرا Pi ، يتم استخدام PIL (مكتبة صور Python).
  2. يحتوي على مرشح مضاد للتشويش يعمل على تنعيم الحواف بين وحدات البكسل عند تكبيرها

• تراكب صور شفاف

  1. يتم بعد ذلك مزج الصورة الرقمية والصورة الحرارية في صورة نهائية واحدة وإضافتها بنسبة 50٪ شفافية لكل منهما.
  2. عندما يتم دمج الصور من جهازي استشعار بمسافة متوازية بينهما ، فلن تتداخل تمامًا
  3. أخيرًا ، يتم عرض مقاييس الحد الأدنى والحد الأقصى لدرجة الحرارة بواسطة AMG8833 مع نص متراكب على الشاشة

الخطوة 9: التعليمات البرمجية وملفات PCB

لقد أرفقت كود الاختبار والنهائي للمشروع أدناه

الخطوة 10: الخاتمة

• وهكذا تم بناء الكاميرا الحرارية مع Raspberry Pi و AMG8833.
• تم تضمين الفيديو النهائي في هذا المنشور
• يمكن ملاحظة أن درجة الحرارة تتغير على الفور عندما أحصل على أخف وزنا بالقرب من الإعداد وتم اكتشاف شعلة الولاعة بدقة بواسطة المستشعر.
• ومن ثم يمكن تطوير هذا المشروع بشكل أكبر لاكتشاف الحمى لدى الأشخاص الذين يدخلون الغرفة مما سيكون مفيدًا جدًا في أزمة COVID19 هذه.