Тепловизор для ремонта электроники своими руками

Тепловизор для ремонта электроники 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.

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.

Источник

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

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.

Источник