Mlx90640 datasheet: Datasheet for MLX90640 I Melexis

Делаем небюджетный тепловизор своими руками

Кто из посмотревших фильм «Хищник» не мечтал обладать термальным зрением как инопланетный охотник? В наше время это не сложно, но достаточно дорого: не каждый может позволить себе купить тепловизор, хотя в последнее десятилетие, с развитием технологий, они стали гораздо доступнее. Одним из многих проектов на ардуино, которым я был очарован и вовлечен в удивительный мир микроконтроллеров, был как раз тепловизор, если его можно так назвать. Устройство на основе однопиксельного бесконтактного датчика температуры и системы механической развертки хотя меня и сильно впечатлило, но я так и не повторил его, так как, честно сказать, скорость его работы совсем не впечатляла. К слову сказать, датчик MLX90614, использованный в том проекте, достаточно дорогой (по стоимости за пиксель) по сравнению с теми, речь о которых пойдет дальше.

Disclaimer
Топик должен был называться «делаем бюджетный тепловизор», но за то время, пока у меня не доходили до него руки, ситуация изменилась и он стал весьма небюджетным. О текущих ценах на комплектующие в конце статьи.

Тема тепловизоров меня захватила и я всегда с интересом следил за новостями в этой области электроники. Очевидно, чтобы не использовать систему механической развертки нужен датчик большего разрешения, я составил для себя список таких датчиков, но многие из них были недоступны для покупки. Еще недавно на просторах интернета можно было встретить истории, что продавец отказывался отправлять подобные датчики в нашу страну, считая их устройством двойного назначения. Когда же в свободной продаже на aliexpress появился модуль с датчиком AMG8833, а в сети появились проекты с его использованием, я не смог противостоять желанию получить его, хотя стоимость и превышала почти вдвое ежемесячный лимит, отведенный мною на покупки. Датчик был приобретен за 37$ (сейчас его можно купить за 28$). Конечно разрешение у сенсора очень низкое для какого бы то ни было практического использования в качестве тепловизора, но его достаточно, чтобы получить массу восторга, впервые взглянув на мир «глазами хищника».
«селфи» снятое на AMG8833

Вдоволь поэкспериментировав с AMG8833, я отложил его для будущего использования и стал думать о большем. Ведь все на том же aliexpress в продаже появились модули на базе сенсора MLX90640 с разрешением 32*24 и ценой в 60-70$. С таким разрешением возможно использовать его для каких то практических целей, ну и конечно поиграть серьезнее.

Особенности MLX90640:
— Диапазон рабочих температур от -40 до 85 ° C, позволяет использовать в сложных промышленных условиях
— Может измерять температуру объекта от -40 до 300 ° C
— Типичная точность измерения температуры целевого объекта 1 °, точность по всей шкале измерения
— NETD всего 0,1K RMS при частоте обновления 1 Гц
— Не требуется повторная калибровка для конкретных температурных требований, что обеспечивает большее удобство и снижает эксплуатационные расходы
— Два варианта поля зрения (FoV): стандартное (MLX90640BAB) 55 ° x35 ° и широкоугольное (MLX90640BAA) 110 ° x75 ° Матрица с широкоугольным полем зрения обладает меньшим шумом и большей точностью измерения.
— 4-контактный корпус TO39 с необходимой оптикой
— Цифровой интерфейс, совместимый с I²C, упрощающий интеграцию

Отдельно датчик можно было приобрести примерно за 55-60$ в зависимости от версии. Но мне интереснее модули с обвязкой. Есть несколько вариантов таких модулей:
1. Модули, включающие сам сенсор и его обвязку для питания и работы с микроконтроллером по шине I2C.

2. Модули для платформы M5STACK/M5STICK, такие модули содержат необходимую обвязку для питания сенсора и работы с микроконтроллером по шине I2C.

3. Модули с микроконтроллером, реализующим UART интерфейс. Для работы с таким модулем можно обойтись без внешнего микроконтроллера, подключив его к ПК через USB-UART конвертер, я встречал 2 варианта таких модулей. Программное обеспечение для ПК позволяет визуализировать исходное тепловое изображение с сенсора или с программной интерполяцией.

4. Следующим вариантом развития модулей с микроконтроллером являются модули, в которых реализован USB интерфейс и которые можно напрямую подключать к ПК, при этом сохранен UART интерфейс и доступна шина I2C самого сенсора. Для доступа к сенсору по I2C нужно замкнуть конденсатор сброса (который еще нужно найти).

5. Наконец последним вариантом является модуль Red Eye Camera, в котором также реализован USB интерфейс, но, насколько я понял, нет возможности получить сырые данные с сенсора по I2C, при этом доступен UART. Судя по картинкам на странице товара для данного модуля есть ПО для Android.

Мне хотелось иметь возможность для взаимодействия с сенсором по I2C, поэтому я выбрал модуль под номером 4, в котором есть эта возможность, а также реализован USB интерфейс. Со всевозможными скидками на распродаже 11.11.2019 г. этот модуль был приобретен за 54,31$.

Такой довольно дорогой модуль поставлялся в упаковке без какой бы то ни было защиты, к счастью не пострадал. Размеры модуля 28*15 мм.

К сожалению, не удалось найти никакой другой информации о данном модуле кроме представленной на странице товара: ни схемы, ни ПО. На модуле указано его название, версия и дата — «mlx_module v3.1. 0 20190608. Но поиск по данному обозначению не дал никаких результатов. У всех продавцов одни и те же фото и описание товара.

Я не терял надежды, что драйвера под Windows найдутся автоматически, но чуда не произошло. При подключении в диспетчере устройств появилось новое неизвестное устройство с com-портом, после поиска драйверов оно было идентифицировано как трекбол, но драйвера не были правильно установлены. При этом в системе еще появляется com-порт. Я попытался использовать ПО от аналогичного модуля без usb, но безрезультатно: видимо протоколы обмена данными через UART у этих модулей отличаются. При последующих подключениях оно вообще не обнаруживалось.

Остался второй вариант использования данного модуля – подключение непосредственно к сенсору по шине I2C. Для этого, согласно информации на странице товара, необходимо замкнуть конденсатор сброса. Осталось найти его на плате среди десятка конденсаторов.

На плате установлены следующие компоненты:
— микроконтроллер STM32F301K6;
— USB-UART конвертер Ch440;
— стабилизатор напряжения;
— кварцевый резонатор;
— резисторы и конденсаторы.

Вид сверху.

Вид снизу.

Чтобы найти нужный конденсатор, пришлось изучить даташит на микроконтроллер STM32F301K6 и прозвонить саму плату. Конденсатор, подключенный к пину reset микроконтроллера STM32, выделен на фотографии красным. Потребовалась довольно тонкая работа, чтобы замкнуть его с помощью кусочка провода МГТФ.

Я проверил несколько примеров работы сенсора с ESP32. Для итоговой реализации я использовал в качестве управляющей платформы TTGO T-Watch, о которой можно узнать из моих обзоров: раз, два. Для подключения сенсора к T-Watch я использовал прото-шилд для Wemos D1 mini и угловые штырьковые гребенки. Получилось довольно компактно, конечно, корпус бы не помешал. Взяв за основу данный проект, я переделал его под TTGO T-Watch, а также добавил интерполяцию и возможность сохранения фотографий на microSD.
Пример сохраненных фото с «тепловизора».

Ещё несколько примеров фотографий

Фотографии сделаны до реализации интерполяции в разрешении 32*24 пикселей. А на видео уже пример работы с интерполяцией, с разрешением 64*48. Частота кадров составляет всего 4 кадра в секунду она зависит от частоты опроса датчика и задается программно, частоту можно увеличить до 32 при этом увеличится погрешность измерений.

Дополнительная информация

Я так же проверил работу сенсора MLX90640 c OpenMV

Несмотря на столь небольшое разрешение сенсора MLX90640 его вполне можно использовать для множества целей:
— поиск утечек тепла в доме, при утеплении лоджии проверено на личном опыте;
— поиск греющихся элементов на плате, конечно самые мелкие детали будут неразличимы, но тем не менее такой инструмент может быть полезен;
— контроль присутствия людей, там где нет возможности использовать видеокамеру, человека можно заметить с расстояния порядка 10 м;
— пожарная безопасность;

Функции и улучшения, которые я хотел бы добавить к «тепловизору»:
— переделать проект под большой дисплей с тачскрином;
— добавить поддержку LVGL и сделать красивый дизайн с меню;
— увеличить разрешение сохраняемых изображений;
— добавить возможность потоковой трансляции изображения по Wi-Fi.

Я хочу также реализовать следующие проекты на основе сенсора MLX9040:
— Мобильный тепловизор на основе ESP32.
— Мобильный тепловизор для андроид.
— Радиоуправляемый робот с термальным зрением.
— Камера наблюдения с режимом термальной съемки.
— Тепловизор с детектором лиц на базе kendryte k210.
— Шлем виртуальной реальности или очки с термокамерой.

P.S.
Ссылки
Скетч для Arduino IDE
Реализация интерполяции по Гауссу
Пример генерации файла *bmp на ESP32

P.S.S.
В следствие пандемии коронавируса цены на сенсор MLX90640 взлетели в несколько раз. На Aliexpress можно найти модуль примерно за 200$. В конце 2019 г. компания Sipeed обещала выпустить в скором времени модуль термокамеры с разрешением 32*32 на базе сенсора от Heimann за ~ 50$, но опять же из-за пандемии этим обещаниям не суждено было сбыться. Надеюсь в будущем ситуация улучшится.

Тепловизор инфракрасный MLX90640 матрица 24×32

• Описание

• Характеристики

• Отзывы (0)

• Доставка и оплата

Описание

  Тепловизор изготовлен с использованием матрицы MLX90640 на расстояния не более 7 м. . Это компактный и не дорогой полностью функциональный тепловизор с матрицей 24х32, позволяет визуально делать замеры теплового излучения в широком температурном диапазоне. имеется меню настроек, что позволяет настроить необходимые параметры отображения.

  Прибор хорошо подходит для измерения крупных объектов таких как: трубы, батареи, кабели, силовые терминалы, автоматы и т.п. С небольшого расстояния можно получить внятную и детализированную картинку. Точность измерения температуры достаточно высокая. Прибор так же прекрасно подходит для мониторинга плат и компонентов. Помимо мониторинга крупных объектов можно просто и достоверно отслеживать температуру мелких электронных компонентов, в том числе достаточно мелких SMD. С выводными, здоровыми силовыми компонентами, такими как: транзисторы, стабилизаторы, дроссели, диоды и т.п. вообще никаких проблем нет.

Характеристики:
Модель сенсора: MLX90640B
Назначение: инфракрасный тепловизионный датчик (тепловизор)
Дисплей: TFT 2,4 дюйма, 320*240
Разрешение: 24 х 32 пикселей
Диапазон измерения температуры: -40°C — 300°C
Точность измерения: +/2 °C (центральная зона) от 0°C до 100°C
Частота обновления: 8 Гц
Калибровка не требуется
Поле зрения: 75 ° x 110 °
Режим фокусировки: фиксированный
Коэффициент излучения: регулируется от 0,1 до 0,95
Точка запуска: максимальная температура, минимальная температура
Размер экрана: 2,4 дюйма (Разрешение дисплея: 240×320)
Материал: АБС-пластик
Дальность: до 7 м
Источник питания: литиевая батарея 750 мАч (встроенный)
Зарядка: порт мини USB
Рабочая температура: 10° до 50°
Температура хранения: -40° до 70°
Влажность: <90% относительной влажности
Размер товара: 87 x 53 x 20 мм
Вес изделия: 60 г

Комплектация:
Тепловизор
USB кабель
Ремешок

астраиваем коэффициент чувствительности прибора

Отзывы (0)

Доставка и оплата

Заказчик при желании может заказать доставку по г. Астана. Стоимость доставки по городу от 1000 тенге (центральные районы). Расчет стоимости товара, скидки и доставки при заказе на данном сайте будет рассчитан автоматически. Для удаленных районов стоимость доставки может быть скорректирована при уточнении доставки по телефону.

Магазин «Мир Электроники»
Адрес магазина: Астана ул. Сарайшик, д. 38, вход в отель «Байтерек» со стороны школы, 2-этаж, к. 24.

Мы осуществляем доставку товара в любой регион по Казахстану. Стоимость товара с учетом скидки и доставки будет рассчитана автоматически при оформлении заказа на сайте (услуги почты от 750 тенге и выше, зависит от веса посылки). Товар может быть отправлен почтой простой посылкой при условии полной предоплаты или наложенным платежом (заказчик при получении оплачивает + 4% от стоимости посылки за почтовый денежный перевод, минимум 300 тенге, исходя из тарифов Казпочты). Зарегистрированные пользователи всегда могут отследить состояние своих заказов на сайте и получают уведомление о изменении статуса заказа.

  Оплата за товар может быть произведена при получении товара или перечислением при предоплате, варианты оговариваются после оформления заказа.

Гарантия на все товары 30 дней с момента получения товара.

Спецификация для MLX90640 I Melexis

• Дом

• Продукты

  • ИС датчика тока ИС встроенного драйвера двигателя ИС драйвера вентилятора и насоса ИС индуктивного датчика положения ИС защелки и переключателя ИС интеллектуального драйвера светодиодов ИС магнитного датчика положения ИС оптического датчика ИС предварительного драйвера ИС датчика давления ИС датчика скорости ИС датчика температуры ИС приемопередатчика
• Приложения
• Технические переговоры

• Техническая информация

  • Симулятор датчика токаЭкологические формыФункциональная безопасностьОбработка и сборка интегральных схемСимулятор магнитного дизайнаПрограммирование и программные инструментыКачествоРекомендуемые третьи стороныУстойчивое развитие
• Карьера

• Контакт

  • Контакт по охране окружающей средыОбщий контактКонтакты по связям с инвесторамиОфисы и офисы Контакты для прессыПредставители и дистрибьюторыКонтакты по продажамТехнический запрос Разрешение на возврат материалов

• Более. .

  • О насИнвесторыСобытияНовостиКачество

• вдохновленная инженерия
• Спецификация для MLX90640

Это краткое техническое описание включает технические характеристики массива инфракрасных (ИК) датчиков Melexis 32×24.
Важно: вспомогательное программное обеспечение (пример кода/драйверов) можно найти на Melexis Github.

Спецификация для MLX90640:

• 2,31 МБ PDF
• Текущая версия: декабрь 2019 г. (версия 012)

Скачать

Melexis

• Продукция
• Приложения
• Технические переговоры
• О нас
• Карьера
• События
• Инвесторы
• Новости
• СТЕРЖЕНЬ

Техническая информация

• Экологические формы и декларации
• Функциональная безопасность
• Обработка и сборка ИС
• Симулятор магнитного дизайна
• Программирование и программные средства
• Качество
• Рекомендуемые третьи стороны
• Устойчивое развитие

Контакты

• Окружающая среда
• Общий
• Связи с инвесторами
• Офисы и помещения
• Пресс
• Представители и дистрибьюторы
• Продажи

Присоединяйтесь к нашему списку рассылки

Параметры массива термодатчиков

и техническое описание MLX90640

Неинвазивные измерения температуры используют тепловые датчики для считывания температуры

За очень немногими исключениями всем пришлось несколько сократить свои передвижения за последние несколько месяцев из-за пандемии. Некоторым эти ограничения даются труднее, чем другим. Тем не менее, если у вас была необходимость или желание посещать места, где социальное дистанцирование непрактично или легко соблюдается, например, школа, больница или авиакомпания, скорее всего, вам измеряли температуру. Проверка температуры может показаться неудобством, но только подумайте, насколько большим было бы неудобство, если бы мы все еще использовали инвазивные ртутные термометры.

Сегодня, к счастью, электронные термометры позволяют измерять температуру на поверхности или на расстоянии. Эти замечательные устройства возможны благодаря использованию внутренних печатных плат с термодатчиками. Как правило, тепловые датчики располагаются в виде массивов, чтобы можно было получить точные измерения.

Давайте взглянем на эти компоненты и, в частности, на техническое описание MLX90640, в котором подробно описан один из наиболее часто используемых массивов термодатчиков. Затем мы обсудим, как читать MLX9.0640, чтобы наилучшим образом помочь вам в процессе проектирования.

Термодатчики и их применение

Как следует из названия, термодатчик — это устройство, способное измерять температуру в данной среде. Для многих электронных продуктов интерес представляет внутренняя температура корпуса или корпуса. В других случаях температура внешней области или поверхности или над ними является областью интереса (ROI). Три основных состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное (преимущественно воздух) — используются в качестве источника для измерений тепловых датчиков. Существует четыре распространенных типа термодатчиков.

Распространенные типы термодатчиков

1. Термопары используют эффект Зеебека, который представляет собой создание потенциала напряжения между двумя разнородными металлами из-за разницы температур.
2. В термисторах используется керамика или другие материалы, сопротивление которых изменяется при изменении температуры. Эта зависимость обычно нелинейна, поэтому для получения хороших измерений требуется преобразование.
3. Терморезистивные датчики (RTD) работают аналогично термисторам, но более точны, поскольку используемые материалы (часто платина) имеют четко определенные характеристики сопротивления в зависимости от температуры.
4. ИС или термодатчики на основе полупроводников используются как для дистанционных, так и для локальных измерений. Принцип действия в обоих случаях одинаков и основан на измерении температуры транзистора, расположенного поблизости или на расстоянии.

Все вышеперечисленные термодатчики требуют непосредственной близости к источнику для точного измерения температуры. Однако потребность в бесконтактных измерениях температуры привела к использованию инфракрасного света, который уже довольно давно используется для получения изображений на расстоянии. Более того, некоторые исследования показывают, что бесконтактные измерения температуры на основе ИК-излучения, которые обычно структурированы в виде массива в электронном корпусе, могут быть такими же точными, как и более традиционные контактные методы. Для этих устройств существует множество приложений, как показано ниже для MLX9.Даташит 0640 от Melexis.

Общие области применения Melexis Массив термодатчиков MLX90640ESF-BAB-000-TU

Давайте более подробно рассмотрим этот широко используемый массив тепловизионных датчиков на основе ИК-излучения, особенно его отличительные параметры.

Массив термодатчиков MLX90640

Тепловизор Melexis Массив термодатчиков MLX90640ESF-BAB-000-TU

Как показано на рисунке выше, MLX 90640 — это 4-контактный сквозной компонент, упакованный как стандартный компонент TO-39. Устройство представляет собой полевой массив, состоящий из 32 x 24 (768) ИК-пикселей, включает два варианта поля зрения (FOV): 55° x 35° и 110° x 75° и соответствует требованиям RoHS. Еще одной полезной функцией MLX90640 является его способность работать в качестве тепловизионного устройства, при котором захваченные исходные данные передаются на стадию обработки изображения, минуя ряд вычислений, необходимых для получения измерения температуры, что показано на рисунке ниже. (от MLX90640 даташит).

Этапы расчета температуры пикселя

Приведенная выше последовательность шагов необходима для расчета температуры каждого интересующего пикселя. Тот факт, что данные каждого пикселя хранятся и доступны индивидуально, является основным фактором точности устройства. Например, в зоне неоднородной температуры от 0 до 100°C максимальное отклонение должно составлять ±1,5°C. Очевидно, что количество пикселей, поле зрения и точность являются важными факторами при выборе тепловизора. Параметры, которые должны повлиять на ваш выбор при выборе MLX90640 перечислены ниже.

ВАЖНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТЕПЛОВЫХ ДАТЧИКОВ
Параметр	MLX90640 Значение
Размер массива пикселей	32 х 24
Поле обзора	55° x 35° и 110° x 75°
Точность	±1,5°С*
Напряжение питания (перенапряжение)	3,3 В (5,0 В)
Потребляемый ток	> 23 мА
Рабочая температура	-40°С – 85°С
Целевой диапазон температур	-40°С – 300°С
Протокол связи	I2C
Тактовая частота данных (макс. )	0,4 МГц (1 МГц)
Шум эквивалентной разности температур (NETD)	0,1K RMS при частоте обновления 1 Гц
Тип упаковки	ТО-39

* Для неоднородной температурной зоны от 0 до 100°C.

Приведенный выше список не является исчерпывающим, однако перечисленные параметры имеют важное значение, поскольку они определяют рабочие характеристики или диапазоны, которых необходимо придерживаться, и предоставляют информацию, необходимую при использовании таблицы данных MLX90640 для вашей платы.

Использование технического описания MLX90640

Хорошее техническое описание должно содержать подробную информацию об эксплуатации и параметрические данные, которые можно использовать для сравнения компонентов. Тем не менее, он также должен содержать символ компонента, посадочное место и любую информацию о предпочтительном подключении, как показано на рисунке ниже, чтобы помочь вам разработать компоновку печатной платы.

Типовая схема подключения массива термодатчиков MLX90640

Как показано на приведенной выше схеме, наиболее распространенная конфигурация MLX90640 включает импедансную сеть (R1 и R2) для изоляции двунаправленных данных на SDA и тактовых импульсов. SCL от источника питания MCU, которое может варьироваться от 2,6 В до 5 В. Сама сенсорная матрица может питаться отдельно на 3,3 В или оставаться без источника постоянного тока. Если используется источник VDD, следует использовать разделительные конденсаторы, как показано на рисунке.

При поиске массива термодатчиков для достижения ваших целей вам потребуются параметрические данные, которые помогут вам выбрать наилучший компонент, символы и посадочные места, которые помогут в построении схемы и проектировании компоновки печатной платы. Спецификации компонентов, такие как точный и полный MPN, необходимы для создания спецификации (BOM) для вашего контрактного производителя (CM), чтобы построить вашу плату с самым высоким выходом первого прохода.