Бесконтактный ИК-термометр с датчиком расстояния

Одним из симптомов зараженного COVID-19 человека является повышение температуры тела, помимо других симптомов, таких как ломота в теле, затрудненное дыхание.

Очень важно постоянно контролировать температуру тела, для выявления заболевания на ранней стадии.
Сейчас на входе многих предприятий и учреждений введен мониторинг температуры. Наиболее распространенный для этих целей ручной инфракрасный термометр.

Главный недостаток портативного термометра — его производительность зависит от оператора и расстояния до измеряемой поверхности (лба,запястья руки). В зависимости от расстояния температура может не читаться, искажаться, а при не аккуратном пользовании, термометр может быть распространителем инфекции (при касании к телу).

Для решения такой проблемы мастер сделал устройство, которое можно закрепить на стене в общественных местах и оно без участия оператора будет измерять температуру. Аппаратное обеспечение может автоматически измерять температуру человеческого тела, если расстояние между датчиком и лбом находится в заданных параметрах.

Инструменты и материалы:
-Arduino Nano;
-Датчик температуры GY-906;
-OLED-дисплей;
-Инфракрасный датчик приближения;
-Модуль зарядного устройства TP4056;
-Аккумулятор 18650;
-Держатель батареи 18650;
-Повышающий преобразователь постоянного тока 5 В;
-Кулисный переключатель -15 × 21 мм;
-Зеленый светодиод 5 мм;
-5 мм красный светодиод;
-2 резистора по 330 Ом;
-Пьезо-зуммер;
-Прототип платы;
-Штыревой разъем;
-Провода 22 AWG;
-Соединительные провода;
-Паяльник;
-Кусачки;
-Инструмент для зачистки проводов;
-3D-принтер;
-Фен;

Шаг первый: принцип работы
Принцип работы устройства очень прост. Инфракрасный датчик термометра MLX90614 считывает температуру человеческого тела, когда расстояние (измеренное ИК-датчиком) между лбом и датчиком соответствует заданному значению. Показания датчика отправляются на Arduino для обработки, и обработанное значение отображается на 0,96-дюймовом OLED-дисплее.
Помимо OLED-дисплея, для индикации используются два светодиода и один зуммер.
1. Когда температура тела нормальная, загорится зеленый светодиод (LED1) и раздастся звуковой сигнал.
2. Когда температура тела превышает 104 градуса по Фаренгейту (40 °C), загорится красный светодиод (LED2), и зуммер будет издавать звуковой сигнал в течение более длительного времени.

Шаг второй: источник питания
Питание, необходимое для всей схемы, обеспечивается двумя батареями, параллельно подключенными батареями 18650. Аккумулятор заряжается с помощью зарядного модуля TP4056.
Напряжение аккумуляторной батареи повышается до 7 В с помощью модуля повышающего преобразователя (MT3608). Выход повышающего преобразователя подключается к выводу Vin Arduino.
Переключатель устанавливается между выходом модуля зарядного устройства TP4056 и повышающим преобразователем.

Шаг третий: подготовка платы Arduino и датчика температуры
Чтобы снизить затраты, производитель часто отправляет плату и контакты разъемов отдельно.
Чтобы припаять разъемы контактов к плате, сначала вставьте разъемы в макетную плату. Это необязательно, но это отличный способ убедиться, что разъемы контактов будут перпендикулярны плате и параллельны друг другу. Дальше нужно установить плату на штырьки и припаять.

Шаг четвертый: инфракрасный датчик температуры MLX90614
MLX90614 — это инфракрасный термометр для бесконтактного измерения температуры, способный измерять температуру в диапазоне -70 до 380°C. В датчике используется чувствительный к ИК-излучению микросхема детектора термобатареи и интегральная схема формирования сигнала, интегрированная в одну микросхему. Он работает на основе закона Стефана-Больцмана, который гласит, что все объекты излучают инфракрасную энергию, и интенсивность этой энергии будет прямо пропорциональна температуре этого объекта. Чувствительный элемент в датчике измеряет, сколько ИК-энергии излучается целевым объектом, а вычислительный блок преобразует его в значение температуры с помощью 17-битного встроенного АЦП и выводит данные через протокол связи I2C.

Датчик измеряет как температуру объекта, так и температуру окружающей среды для калибровки значения температуры объекта. Датчик MLX 90614 может считывать температуру окружающей среды в диапазоне от -40 до 125 C (от -40 до 257 ° F) и температуру объекта в диапазоне от -70 до 380 ˚C (от -94 до 716 ° F).

Подключение инфракрасного термометра к Arduino очень простое, поскольку он использует интерфейс связи I2C.
Термометр MLX90614 имеет 4 контакта: VIN, GND, SCL и SDA.

Подключения должны быть следующими:
Ардуино -> MLX 90614
5V —> VIN
GND -> GND
A5 —-> SCL
A4 —-> SDA

Шаг пятый: батарейный разъем
В схеме нужно подключить две батареи 18650 параллельно. Держатель для батареи, который мастер использовал, представляет собой держатель с двумя слотами с независимым контактом для подключения. Чтобы сделать параллельное соединение, нужно соединить две клеммы с каждой стороны вместе с помощью провода.

Затем припаять красный провод к положительной клемме, а черный провод к отрицательной клемме держателя батареи.

Шаг шестой: инфракрасный датчик приближения
Можно установить расстояние обнаружения от датчика приближения до объекта, регулируя потенциометр на модуле датчика. Вращение потенциометра по часовой стрелке увеличит расстояние обнаружения, а против часовой стрелки уменьшит расстояние обнаружения объекта. Мастер установил это расстояние примерно на 50 мм.

Подключения должны быть следующими:
Arduino -> ИК-датчик
3,3 В —> VCC
GND -> GND
D9 —-> OUT

Шаг седьмой: OLED-дисплей
Для отображения температуры тела используется 0,96-дюймовый OLED-дисплей. Дисплей имеет разрешение 128×64 и использует шину I2C для связи с Arduino. Для связи используются два контакта SCL (A5), SDA (A4) в Arduino Nanno.
Мастер использует библиотеку Adafruit_SSD1306 для отображения параметров.
Подключения должны быть следующими:
Arduino -> OLED
5 В —> VCC
GND -> GND
A4—-> SDA
A5 —-> SCL

Шаг восьмой: светодиодная индикация
Два светодиода используются для индикации того, является ли температура тела нормальной или ненормальной. Зеленый светодиод указывает на нормальную температуру тела, а красный светодиод указывает на повышенную температуру тела.

Зеленый светодиод (LED1) подключается к цифровому выводу Arduino D3, а красный светодиод (LED2) к D5. Для ограничения тока светодиодов используются два резистора 330 Ом. Нужно припаять резистор к аноду светодиода.

Затем припаять удлинительные провода. Места пайки заизолировать.

Шаг девятый: зуммер
Для оповещения в устройстве используется пьезозуммер. Зуммер имеет две клеммы: более длинная — положительная, короткая — отрицательная.

Подключения должны быть следующими:
Arduino -> Зуммер
D7 -> положительный вывод
GND -> отрицательный вывод

Шаг десятый: подготовка платы
Большинство модулей и компонентов подключаются к контакту 5V Arduino и GND. К сожалению, Arduino Nano имеет только один контакт 5V и два контакта GND. Для решения задачи питания мастер, подготовил плату расширения.
Помимо контактов 5V и GND, нужны еще два контакта SDA и SCL для подключения датчика MLX 90614 и OLED-дисплея.

При желании, можно заказать плату на специализированном сайте. Файлы для изготовления платы можно скачать здесь.

Шаг одиннадцатый: схема
Все детали подготовлены и теперь можно собрать электронную часть согласно схемы.

Шаг двенадцатый: программное обеспечение
Дальше нужно загрузите скетч Arduino и установите все библиотеки.
Библиотеки:
1. Adafruit-MLX90614-Library
2. Библиотека Adafruit_SSD1306
3. millisDelay
Дальше подключаем Arduino Nano к компьютеру. Устанавливаем правильную плату и номер COM-порта и загружаем код в Arduino.
Non_Contact_IR_Thermometer_V1.0.ino

Шаг тринадцатый: печать корпуса
Корпус состоит из двух частей:
1. Передняя часть корпуса
2. Задняя крышка.
При печати понадобится опорная конструкция для печати передней части корпуса.

Настройки печати следующие:
1. Скорость печати: 60 мм / с
2. Высота слоя: 0,2 мм
3. Плотность заполнения: 30%
4. Температура экструдера: 200°C.
5. Температура стола: 65 °C.

Файлы для печати можно скачать ниже.
BackCase_iThermowall.stl
FrontCase_iThermowall.stl
Шаг четырнадцатый: сборка
Дальше можно приступить к сборке устройства. Сборка интуитивно понятна. Мастер использовал термоклей и двусторонний скотч для крепления всех деталей. После установки деталей закрывает заднюю крышку и закручивает 4 винта.

Шаг пятнадцатый: установка и тестирование
Перед первым использованием мастер заряжает устройство. Для зарядки можно использовать любое зарядное устройство 5V / 1A. Красный светодиод на модуле TP4056 указывает на то, что батареи заряжаются, а синий светодиод указывает на полную зарядку.
После зарядки нужно включить тумблер, и дождаться пока на OLED-дисплее появится сообщение «инициализация».
После проверки правильности работы устройства (можно имитировать высокую температуру например паяльником), устройство устанавливается в нужное место.

Весь процесс по сборке такого инфракрасного термометра можно посмотреть на видео.

Источник (Source)

Источник: https://usamodelkina.ru/