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“使用 ESP32 和 MLX90640 傳感器構建自己的紅外成像設備。”

KiCon Asia 2024 將于 2024 年 11 月 15~16 日在深圳舉行，11月14日的線下培訓報名已開啟：海外的小伙伴仍可以在 KiCon 的官網購買門票：

https://pretix.eu/kicad/kiconasia2024/

國內的小伙伴可以在電子發燒友網站報名：

https://bbs.elecfans.com/jishu_2455217_1_1.html:29

Made with KiCad 系列將支持新的展示方式。直接將以下鏈接復制到瀏覽器中(或點擊“閱讀原文”打開)： https://www.eda.cn/ecadViewer/viewerPage/?xmlId=e8f03805-2659-4765-a14d-531e739efd9e&fileZip=%2Fdata%2Fdesign%2Fdemo%2Fe8f03805-2659-4765-a14d-531e739efd9e.zip 即可動態查看設計的原理圖、PCB、3D 及 BOM，查詢設計中器件、走線、焊盤的屬性詳情。還可以在原理圖中與AI小助手互動，幫您更高效地學習設計細節：

概覽拋棄 X 射線視覺，熱像儀才是真正的工業超級英雄！它們不僅能看到光，還能看到熱，這使它們成為發現隱藏的能量消耗、精確定位過熱設備甚至在黑暗中幫助士兵的大師。它們在技術維修等行業中價值連城，它們像電子獵犬一樣嗅出短路。唯一的缺點是什么？它們的價格可能有點高。但是技術總是在不斷發展，很快，熱視覺可能和你的手機相機一樣普遍！在這個項目中，我們將通過使用更便宜的器件制作 DIY 熱像儀。我們考慮過的更便宜的熱成像傳感器是松下的 AMG8833、Melexis 的 MLX90640 和 MLX90641。盡管 AMG8833 是所有產品中最便宜的，但它的分辨率僅為 8x8，而 MLX90640 的分辨率為 32x24，MLX90641 的分辨率為 16x12。由于 MLX90640 的分辨率是這個價格范圍內最好的，所以我們選擇它作為 DIY 熱像儀。

下面是裝配完畢的 DIY 熱像儀：

這是主屏幕界面。在主屏幕上，您可以看到熱圖像本身以及最小、最大和中間點溫度以及電池圖標。

下圖顯示的是 DIY 紅外熱像儀的設置屏幕。設置有 7 個選項。所選選項將以綠色文字顯示，其他選項則以白色文字顯示。您可以通過短按中間按鈕來更改選擇。所選選項的值可通過向上/+ 或向下/- 按鈕進行調整。

以下是部分熱成像效果圖：

硬件特性

圖像傳感器分辨率 32x24.

傳感器視角 (FoV)：55°x35°

溫度測量范圍：-40 至 300°C

工作溫度范圍：-40 至 85°C。

可調刷新率 - 4Hz - 32Hz。

10 種不同的調色板。

5 種不同的插值模式。

易于使用的圖形用戶界面。

2.4" TFT 顯示屏，分辨率為 320x240。

將熱圖像保存到 SD 卡。

內置電池和充電電路。

電路設計

我們先討論下電路圖，以便更好地理解。USB Type C 用于充電和編程。USB 端口的電源連接到圍繞 P 溝道 MOSFET U2 和二極管 D1 構建的電源路徑控制器電路。當 USB 電源可用時，設備將通過 USB 電源工作，同時為內部電池充電；當 USB 電源被切斷時，設備將自動轉為電池供電。

在電壓調節方面，使用了 Microchip 的 MIC5219 3.3V LDO，它能夠提供高達 500mA 的電流，滿載時的壓降非常低，僅為 500mV。MIC5219 的使能引腳連接了一個帶有上拉電阻器的滑動開關。該開關用于打開和關閉紅外熱像儀。當該引腳接地時，LDO 將關閉，因此除電池充電部分外，設備的其他部分也將關閉。

為了給內部電池充電，我們使用了 TP4056 充電控制器，其最大充電電流為 1A。為了檢測電池電壓，我們使用了一個經典的分壓器，它可以將電池電壓降低到安全水平，以便進行測量。

下面是 ESP32 SoC 、編程電路及 MLX90640 遠紅外熱傳感器陣列。編程電路由 CH340K USB 至 UART 控制器和 ON Semi 的 2N7002DW 雙 N - N 溝道 MOSFET 組成。選擇 CH340K 是因為它體積小、成本低。MOSFET 將充當 ESP32 的自動復位電路，從而無需在編程過程中進行手動休眠或啟動選擇。盡管自動復位工作完美無瑕，我們還是添加了啟動和復位按鈕，以防萬一。圍繞 ESP32 的電路是標準的，只有旁路電容和上拉電阻。

至于圖像傳感器，我們決定將其直接焊接到 PCB 上，以使整個設備更加緊湊。傳感器通過 I2C 與 SoC 連接，只有 4 個引腳，包括電源和地線。如果我們想使用圖像傳感器模塊來代替將傳感器焊接到 PCB 上，或者想添加其他 I2C 設備，可以使用添加到 PCB 上的 I2C 連接器。

最后一部分是 TFT 顯示屏、導航按鈕和 Micro SD 插槽。顯示屏采用 2.4 英寸 TFT 顯示屏，分辨率為 320x240。顯示屏使用了一個 ILI9341 驅動芯片。它通過 SPI 與 ESP32 連接，支持高達 65MHz 的 SPI 速度。顯示器直接焊接在 PCB 上。在背光控制方面，我們使用了一個 S8050 晶體管。我們可以使用 PWM 信號控制背光亮度。顯示器連接到 ESP32 的 VSPI 接口，而 Micro SD 插槽則連接到 HSPI 接口。這將確保在需要時，ESP32 可以同時訪問或控制顯示屏和 SD 卡。