Тепловое зрение для Arduino и не только! Двойной удар от Maxim и Panasonic

Постоянным читателям рубрики УНИТЕРА уже хорошо знакомы матричные модули теплового зрения AMG88 Grid-EYE от Panasonic, которые позволяют формировать ИК-изображение окружающих объектов в виде матрицы 8×8 и передавать его в управляющий контроллер. Теперь датчики Grid-EYE становятся еще ближе для разработчиков и радиолюбителей благодаря новым демонстрационным наборам MAXREFDES131 от компании Maxim. C помощью плат MAXREFDES131 можно создавать сеть из десяти датчиков Grid-EYE с общей протяженностью шины до 100 метров, при этом для работы с ними потребуется всего один контроллер! Если же воспользоваться дополнительным набором от Maxim MAXREFDES132, то эту сеть легко интегрировать в стек Arduino.

Рис. 1.	Набор MAXREFDES131 с модулем Grid-EYE от Panasonic.

Модули теплового зрения AMG88 Grid-EYE от Panasonic представляют собой законченную измерительную систему, которая объединяет в миниатюрном корпусе все необходимые элементы: оптическую линзу, матрицу детекторов ИК-излучения, термистор, цифро-аналоговое вычислительное ядро (Рис. 2).

Рис. 2.	Матричные инфракрасные датчики Grid-EYE от Panasonic.

Принцип работы AMG88 выглядит достаточно просто (Рис. 3). Тепловой инфракрасный поток от окружающих объектов направляется линзой на чувствительную матрицу датчиков размером 8×8. ИК-излучение, поглощаясь детекторами, преобразуется в термо-ЭДС. Далее сигналы с помощью мультиплексора подаются на усилитель. После этого происходит оцифровка данных и формирование теплового изображения с помощью методов цифровой обработки сигналов. Частота формирования кадров может варьироваться от 1 до 10 кадров/с.

Рис. 3.	Принцип действия инфракрасных датчиков Grid-EYE от Panasonic.

Различные модели семейства AMG88 Grid-EYE отличаются по нескольким ключевым параметрам:

• По степени усиления термо-ЭДС от ИК-детекторов. Для моделей AMG88x1 и AMG88x3 с высоким коэффициентом усиления (High gain) разрешение составляет ±2.5 °C. Для моделей AMG88x2 и AMG88x4 с низким усилением (Low gain) разрешение несколько меньше ±3.0 °C. Однако модели Low gain отличаются расширенным диапазоном рабочих температур –20…80 °С, в то время как High gain работают лишь при положительных температурах 0…80 °С;
   
• По уровню рабочего напряжения. Модули AMG883х используют напряжение 3.3 В, а модули AMG885х требуют 5 В;
   
• По уровню шума. Модули AMG88х1 и AMG88х2 имеют уровень шума порядка 0.08 °C (диапазон 1 Гц) и 0.26 °C (диапазон 10 Гц) и способны работать с объектами на удалении до 5 метров. Модули AMG88х3 и AMG88х4 отличаются меньшим уровнем шумов 0.05 °C (диапазон 1 Гц) и 0.16 °C (диапазон 10 Гц), а их радиус действия достигает 7 метров.

Сейчас семейство AMG88 объединяет восемь представителей:

AMG8831 – датчик с высоким усилением сигналов датчиков матрицы (High gain), с повышенным разрешением ±2.5 °C, рабочим диапазоном температур 0…80 °C и напряжением питания 3.3 В.

AMG8851 – датчик с высоким усилением сигналов датчиков матрицы (High gain), с повышенным разрешением ±2.5 °C, рабочим диапазоном температур 0…80 °C и напряжением питания 5 В.

AMG8832 – датчик с низким усилением сигналов датчиков матрицы (Low gain), с разрешением ±3.0 °C, расширенным рабочим диапазоном температур –20…800 °C и напряжением питания 3.3 В.

AMG8852 – датчик с низким усилением сигналов датчиков матрицы (Low gain), с разрешением ±3.0 °C, расширенным рабочим диапазоном температур –20…80 °C и напряжением питания 5 В.

AMG8833 – датчик с высоким усилением сигналов датчиков матрицы (High gain), с повышенным разрешением ±2.5 °C и низким уровнем шумов, рабочим диапазоном температур 0…80 °C и напряжением питания 3.3 В.

AMG8853 – датчик с высоким усилением сигналов датчиков матрицы (High gain), с повышенным разрешением ±2.5 °C и низким уровнем шумов, рабочим диапазоном температур 0…80 °C и напряжением питания 5 В.

AMG8834 – датчик с низким усилением сигналов датчиков матрицы (Low gain), с разрешением ±3.0 °C и низким уровнем шумов, расширенным рабочим диапазоном температур –20…80 °C и напряжением питания 3.3 В.

AMG8854 – датчик с низким усилением сигналов датчиков матрицы (Low gain), с разрешением ±3.0 °C и низким уровнем шумов, расширенным рабочим диапазоном температур –20…80 °C и напряжением питания 5 В.

Для быстрого ознакомления с работой одиночных датчиков Grid-EYE можно использовать готовые отладочные наборы Grid-Eye Evaluation Kit от Panasonic. Такой набор кроме датчиков Grid-EYE включает в себя управляющий микроконтроллер ATSAMD21G18A с ядром Cortex-M0+ и рабочей частотой 48 МГц, Bluetooth модуль PAN1740 со встроенным ядром Cortex-M0+ и рабочей частотой 16 МГц.

Совсем недавно у разработчиков появился еще один инструмент для оценки возможностей датчиков Grid-EYE. Речь идет о демонстрационном наборе MAXREFDES131 от компании Maxim (Рис. 4).

Рис. 4.	Внешний вид демонстрационного набора MAXREFDES131 от Maxim.

MAXREFDES131 представляет собой простой инструмент для построения сети, содержащей до десяти датчиков AMG88 Grid-EYE. При наличии другого дополнительного набора MAXREFDES132 получаемую сеть можно легко интегрировать в стек Arduino (Рис. 5).

Рис. 5.	Построение сети датчиков AMG8833 Grid-EYE на базе MAXREFDES131 от Maxim.

Благодаря двум разъемам H1 и H2 (RJ-11) платы MAXREFDES131 могут каскадироваться. Их входные линии интерфейса 1-Wire (разъем H1) подключены к мультиплексору MAX4717 и к управляющей микросхеме DS2413 (Рис. 5). При поступлении команд от центрального контроллера, DS2413 формирует сигналы управления мультиплексором. При этом MAX4717 коммутирует входную шину либо на линии выходного интерфейса 1-Wire (разъем H2), либо на преобразователь 1-Wire/I²C на базе микросхемы DS28E17. В последнем случае к шине оказывается подключенным датчик AMG8833 Grid-EYE. Следующая плата MAXREFDES131 разъемом H1 подключается к разъему H2 предыдущей платы MAXREFDES131.

Рис. 6.	Структура платы MAXREFDES131 от Maxim.

Общая длина шины датчиков на базе MAXREFDES131 может достигать 100 метров. Чтобы подключить ее к стеку Arduino, требуется преобразовать 1-Wire в I²C-интерфейс. Для этого можно воспользоваться набором MAXREFDES132 от компании Maxim (Рис. 7).

Рис. 7.	Внешний вид демонстрационного набора MAXREFDES132 от Maxim.

На борту у MAXREFDES132 присутствует преобразователь уровней и мост I²C/1-Wire на базе микросхемы DS2484 (Рис. 8).

Рис. 8.	Структура платы MAXREFDES132 от Maxim.

Сеть датчиков, получаемая с помощью MAXREFDES131, может использоваться в составе охранных систем, систем климат-контроля и т. д. При этом для работы с множеством сенсоров потребуется всего один контроллер, что снизит общую стоимость системы. Впрочем, не стоит забывать, что существует и огромное количество приложений, в которых требуется всего один встроенный датчик AMG88 Grid-EYE (Рис. 9).

Рис. 9.	Примеры использования матричных инфракрасных датчиков Grid-EYE от Panasonic.

Характеристики модулей Grid-EYE AMG88xx:

• размер матрицы: 64 пиксела (8×8);
• общий угол обзора: 60°;
• точность измерения температуры датчиками матрицы: ±2.5 °C (модели AMG8831, AMG8851, AMG8833, AMG8853); ±3.0 °C (модели AMG8832, AMG8852, AMG8834, AMG8854);
• разрешение при измерении температуры датчиками матрицы: 0.25 °C;
• разрешение температуры термистора: 0.0625 °C;
• частота кадров: 1…10 кадров /с;
• коммуникационный интерфейс: I²C;
• напряжение питания: 3,3 В (модели AMG8831, AMG8832, AMG8833, AMG8834); 5 В (модели AMG8851, AMG8852, AMG8853, AMG8854);
• потребляемый ток: 4.5 мА (normal mode); 0.8 мА (stand-by mode); 0.2 мА (sleep mode);
• диапазон рабочих температур: 0…80 °C (модели AMG8831, AMG8851, AMG8833, AMG8853); –20…80 °C (модели AMG8832, AMG8852, AMG8834, AMG8854);
• диапазон температур хранения: –20…80 °C;
• габаритные размеры: 11.6 × 4.3 × 8.0 мм.

Характеристики отладочного набора MAXREFDES131:

• тип установленного датчика: AMG8833 Grid-EYE;
• входной интерфейс: 1-Wire (H1, разъем RJ-11);
• выходной интерфейс: 1-Wire (H2, разъем RJ-11);
• питание: 3.3 В.

Посмотреть подробнее характеристики модулей Grid-EYE от Panasonic