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使用基于MLX90640-BAA和STM32G431RB的先进热成像解决方案提升您的热感知

信赖清晰度:您所需的热成像解决方案!

IR Grid 3 click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

IR Grid 3 click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

提升您的热感知能力,通过我们的先进热成像解决方案,增强您在项目和流程中监控、分析和优化与温度相关方面的能力。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

IR Grid 3 Click 基于Melexis的MLX90640ESF-BAA,具有32x24 IR阵列传感器。该传感器包含8 Kbit EEPROM,用于存储所有补偿和校准参数,以及一些可编辑的用户参数,例如配置寄存器、I2C地址等。这些传感器可以相对于冷端温度测量温度,因此,MLX90640ESF-BAA IR传感器集成了一个PTAT(与绝对温度成比例)补偿传感器。该设备还包含电源电压测量单元,允许进行电源监控。建议供电电压尽可能准确,如果使用MikroElektronika开发系统,则可以确保这一点。IR传感器阵列以及PTAT传感器读数由快速内部ADC采样并存储在RAM中,可以通过I2C访问。ADC的分辨率可以在16bit和19bit之间编程。此Click板上的MLX90640ESF-BAA IR传感器具有110°x75°的视场(FOV),IR感应元件排列在32x24的网格中。每个传感器在其单独的FOV中测量温度,允许主机MCU构建热成像或计算查看场景中每个点的温度。测量结果存储在板载RAM中。整个RAM区域分为两页,访问模式由配置寄存器控制(棋盘模式或交错模

式)。配置参数在工厂校准为棋盘模式,当使用此模式时可产生最准确的结果。默认情况下选择棋盘模式。提供两种操作模式:设备可以以编程的刷新率(高达64帧每秒)连续采样IR元件的数据,或者通过采样所选页面来获取一帧数据。状态字节包含指示特定页面读取完成的标志。配置和控制寄存器允许配置工作参数。这些寄存器包含控制传感器IC行为的位:刷新率、ADC分辨率、测量模式(连续或步进模式)、睡眠模式、I2C模式(FM或FM+)等。在POR周期后,EEPROM寄存器中的数据被复制到工作RAM寄存器中,使设备准备好立即运行。除了默认工作参数外,EEPROM IC还包含所有补偿参数,这些参数对于完成准确的热计算是必要的。操作此传感器时必须遵循一定的工作流程。该工作流程包括计算存储在EEPROM中每个元件的补偿参数。这些计算包括环境温度计算、像素偏移计算、像素与像素的灵敏度差异补偿、物体发射率补偿和物体温度计算。MLX90640ESF-BAA IR传感器的数据手册包含这些方程式,这些方程式使用

EEPROM中存储的参数。然而,此Click板由包含简化了与此传感器工作功能的库支持。需要注意的是,传感器测量物体的IR发射率,因此可以预期某些材料由于其低发射率而不能被此传感器准确测量,例如铝。为了更好地理解材料的发射率特性,可以以穿着衣服的人为例:测量的温度将反映衣服的温度,而不是人体本身的温度(已知约为37˚C)。应注意不要将Click板暴露在冷或热空气流中,因为这会导致真实温度的错误读数。此传感器要求传感器封装周围的温度保持恒定。MLX90640ESF-BAA IR传感器使用3.3V可获得最佳结果。虽然IR传感器本身的电源来自3.3V mikroBUS™轨道,但为了支持使用5V兼容逻辑电平的MCU,此Click板配备了由德州仪器生产的PCA9306双向I2C电平转换器IC。这允许通过标记为VCC SEL的SMD跳线选择逻辑电压电平。除了I2C总线线外,没有使用mikroBUS™的其他线路。I2C总线线被路由到mikroBUS™的相应引脚。

IR Grid 3 Click top side image
IR Grid 3 Click bottom side image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于 ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

IR Grid 3 click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

此库包含IR Grid 3 Click驱动程序的API。

关键功能:

  • irgrid3_generic_write - 此功能通过I2C串行接口从所选寄存器开始读取所需数量的数据字节

  • irgrid3_get_frame_data - 此功能用于获取帧数据

  • irgrid3_get_pixel_temperature - 此功能用于获取像素温度。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief IRGrid3 Click example
 *
 * # Description
 * The demo application displays a reading of ambient temperature and 
 * a 32x24 pixel object temperature matrix.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Configures the Click and log objects and sets the Click default configuration.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads the temperature of all pixels every 500ms 
 * and displays it on USB UART in a form of a 32x24 matrix.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "irgrid3.h"

static irgrid3_t irgrid3;
static log_t logger;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    irgrid3_cfg_t irgrid3_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    // Click initialization.
    irgrid3_cfg_setup( &irgrid3_cfg );
    IRGRID3_MAP_MIKROBUS( irgrid3_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = irgrid3_init( &irgrid3, &irgrid3_cfg );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    irgrid3_default_cfg ( &irgrid3 );
    Delay_ms ( 1000 );
    log_info( &logger, "---- Start measurement ----" );
}

void application_task ( void ) {
    float px_matrix[ 768 ];
    float temp_ambient;

    irgrid3_get_pixel_temperature( &irgrid3, &temp_ambient, px_matrix );

    log_printf( &logger, "\r\n>> Pixel temperature matrix 32x24 <<\r\n" );
    for ( uint16_t cnt = 1 ; cnt < 769 ; cnt++) {
        log_printf( &logger, "%.2f", px_matrix[ cnt - 1 ] );
        if ( ( ( cnt % 32 ) == 0 ) ) {
            log_printf( &logger, "\r\n" );
        } else {
            log_printf( &logger, " | " );
        }
    }
    log_printf( &logger, "\r\n** Ambient (sensor) temperature is %.2f Celsius\r\n", temp_ambient );
    Delay_ms ( 500 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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