Проектирование функциональной схемы устройства дистанционного управления тепловизионной камерой

Целью исследования является предложение устройства дистанционного управления тепловизионной камерой. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие технические решения управления тепловизионными камерами спроектированы на базе высокопроизводительных микросхем, в результате чего имеют высокую стоимость. Решением данной проблемы является проектирование устройства управления на основе микроконтроллера с аппаратной поддержкой беспроводного интерфейса, применение которых ранее было невозможности из-за низкой производительности.

Ключевые слова: дистанционное управление, беспроводной интерфейс Wi-Fi, тепловизионная камера, потом изображений с камеры, микроконтроллер ESP32.

На данном уровне научно-технического прогресса мировым сообществом повсеместно используются тепловизионные камеры, основное назначение которых заключается в измерении интенсивности излучений электромагнитных волн инфракрасного диапазоне света. Интенсивность в данном случае отражает девиации температур, что обусловило использование тепловизионных камер для получения наглядного представления о температурных девиациях между различными объектами наблюдений (или их составных частей). Именно поэтому тепловизионные камеры широко применяются в таких перспективных направлениях, как области обеспечения безопасности, сферы медицины, а также инфраструктура и оборонная промышленность.

Устройства дистанционного управления тепловизионными камерами предполагают получение и визуализацию видеопотока по беспроводному интерфейсу Wi-Fi (как наиболее высокоскоростной метод передачи данных по радиоканалу). Именно работа с достаточно емким потоком данных и необходимостью визуализации в реальном масштабе времени определили тот факт, что первые устройства дистанционного управления выполнялись на базе высокопроизводительных микросхем (например, цифровые сигнальные процессоры или программируемые логические интегральные схемы).

Сейчас же экономическими субъектами, чья организационно-хозяйственная деятельность связана с промышленным производством цифровых устройств и микропроцессорных систем, выпускаются микроконтроллеры семейства EPS 32, которые сочетают в себе относительно высокую производительность (достаточную для решения обозначенных задач), а также аппаратный контроллер беспроводного интерфейса Wi-Fi . Актуальность исследования обусловлена тем, что на данный момент на рынке электронных девайсов отсутствуют устройства дистанционного управления тепловизионными камерами на основе микросхем семейства ESP 32, использование которых может обеспечить существенное снижение себестоимости данного класса технических решений.

Предлагаемое устройство должно реализовывать следующие функции:

1. Прием по беспроводному интерфейсу Wi-Fi и визуализация с применением TFT -дисплея потока изображений с тепловизионной камеры.
2. Наличие минимально необходимого набора средств управления для инициации включения/выключения, поворота в азимутальном и угломестном направлениях, а также изменения режима контрастности. Для передачи управляющих команд должен быть также использован беспроводной интерфейс Wi-Fi .
3. Использование в качестве питающего напряжений внешний источник питания +12 В .

Функциональная схема предлагаемого устройства, удовлетворяющего обозначенных техническим и функциональным характеристикам, представлена на рис. 1. Основу работы устройства составляет микроконтроллер семейства ESP 32 [1], при использовании которого выполняется требование (1).

Основные элементы устройства представлены следующими узлами:

1. Для выполнения требования (2) используются кнопки управления (включение/выключение, повороты в азимутальном и угломестном направлениях, а также смена контрастности). При подключении кнопок необходимо обеспечить подтяжку выводов МК к питающему напряжению через подтягивающие резисторы.
2. TFT -дисплей, необходимый для выполнения требования (1). Дисплей имеет несколько возможных режимов получения данных, определяемых схемой включения. В данном случае подключение дисплея выполнено по параллельной шине данных для обеспечения наилучшего быстродействия при визуализации потока изображений от тепловизионной камеры.
3. Цепь питания, представляющая собой цепочку DC/DC преобразователь — понижение постоянного напряжения +12 В входного источника питания в напряжение +3,3 В (питание основных узлов предлагаемого технического решения).

Как отмечалось ранее, информационный обмен с применением беспроводного интерфейса микропроцессорных взаимодействий Wi-Fi [2] реализуется на аппаратном уровне выбранной микросхемы семейства EPS32 (интегрированный беспроводной модуль обозначен на схеме в виде отдельного блока в составе выбранного микроконтроллера).

Таким образом, было предложено устройство дистанционного управления тепловизионной камеры на основе микроконтроллера EPS 32 с возможностью приема потока изображений и их визуализации на TFT-дисплее в реальном масштабе времени. Техническое решение представлено соответствующей функциональной схемой, на которой отражены особенности интерфейсов взаимодействий и организация цепи питания.

Литература:

1. Кэмерон Н. Электронные проекты на основе EPS8266 и EPS32. Создание приложений и устройств с поддержкой Wi-Fi. — М.: изд. «ДМК Пресс», 2022. — 454 с.
2. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Беспроводные сети. 5-е изд. — М.: Техносфера, 2016. — 323 с: ил.