我开源了一个热成像传感器模块，把它连在树莓派 CM0 NANO上做成热成像仪！

特别感谢文章作者：无垠的广袤 / 李金磊，辛苦制作的教程，非常适合新人及树莓派爱好者学习使用！

本文介绍了工业树莓派 CM0 NANO 单板计算机结合 MLX90640 热成像传感器模块，实现环境热成像显示的热成像仪项目 设计，包括模块设计、硬件连接、环境搭建、通信测试、图像显示和优化等流程。

项目介绍

MLX90640 是一款高分辨率红外热成像阵列传感器，可与 Raspberry Pi 配合使用，实现实时温度可视化。

MLX90640 通过 Python 脚本读取数据并显示热图，调整刷新率和插值优化图像。

MLX90640 可广泛应用于人体检测、安防监控、工业设备温度监控、智能楼宇温控等场景。

硬件连接：使用杜邦线将 MLX90640 模块连接至树莓派 CM0 NANO 的 IIC 接口；

环境搭建：创建虚拟环境，安装所需软件包；

通信测试：测试硬件连接、设备 IIC 地址、热成像数据打印；

图像显示：使用 python 编程和 matplotlib 库函数显示实时图像；

平滑优化：结合 matplotlib 库函数实现数据平滑处理以提升显示效果。

模块设计

为了便于设备连接，设计基于 MLX90640 传感器和 IIC 通信协议的 PCB 模块。

3D 渲染图

原理图

实物图

详见：MLX90640热成像传感器 - 立创开源硬件平台

https://oshwhub.com/lijinlei0907/mlx90640-thermal-camera-sensor

硬件连接

使用 Type-C 数据线实现设备供电；

连接 WiFi 实现网络通信和数据交换；

使用杜邦线连接 MLX90640 模块和 CM0 NANO 开发板，接线方式如下

实物图

环境搭建

创建并激活虚拟环境

python -m venv .venvsource .venv/bin/activate

安装所需软件包

pip install numpypip install matplotlibpip install RPi.GPIO adafruit-blinkapip install adafruit-circuitpython-mlx90640

连接测试

终端执行指令

sudo i2cdetect -y 1

显示 iic 设备地址为 0x33 对应设备为 MLX90640

通信测试

终端执行 mlx90640_print_temp.py 新建文件，并添加如下代码

import timeimport boardimport busioimport numpy as npimport adafruit_mlx90640def main():    # Setup I2C connection    i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA, frequency=400000)    mlx = adafruit_mlx90640.MLX90640(i2c)    mlx.refresh_rate = adafruit_mlx90640.RefreshRate.REFRESH_2_HZ    frame = np.zeros((24 * 32,))  # Initialize the array for all 768 temperature readings    while True:        try:            mlx.getFrame(frame)  # Capture frame from MLX90640            average_temp_c = np.mean(frame)            average_temp_f = (average_temp_c * 9.0 / 5.0) + 32.0            print(f"Average MLX90640 Temperature: {average_temp_c:.1f}C ({average_temp_f:.1f}F)")            time.sleep(0.5)  # Adjust this value based on how frequently you want updates        except ValueError as e:            print(f"Failed to read temperature, retrying. Error: {str(e)}")            time.sleep(0.5)  # Wait a bit before retrying to avoid flooding with requests        except KeyboardInterrupt:            print("Exiting...")            break        except Exception as e:            print(f"An unexpected error occurred: {str(e)}")if __name__ == "__main__":    main()

保存代码。

效果

终端执行指令 python mlx90640_print.py 运行代码；

终端打印传感器采集画面的平均温度；手掌靠近传感器，温度上升至体温。

若报错则执行下列指令，以定义开发板型号

export BLINKA_FORCEBOARD=RASPBERRY_PI_ZERO_2_Wexport BLINKA_FORCECHIP=BCM2XXX

图像显示

终端执行 touch mlx90640_plt.py 新建文件，添加如下代码

import timeimport boardimport busioimport numpy as npimport adafruit_mlx90640import matplotlib.pyplot as plti2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)mlx = adafruit_mlx90640.MLX90640(i2c)mlx.refresh_rate = adafruit_mlx90640.RefreshRate.REFRESH_4_HZ  # Set to a feasible refresh rateplt.ion()fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 7))therm1 = ax.imshow(np.zeros((24, 32)), vmin=0, vmax=60)cbar = fig.colorbar(therm1)cbar.set_label(r'Temperature [$^{circ}$C]', fontsize=14)frame = np.zeros((24*32,))t_array = []max_retries = 5while True:    t1 = time.monotonic()    retry_count = 0    while retry_count < max_retries:        try:            mlx.getFrame(frame)            data_array = np.reshape(frame, (24, 32))            therm1.set_data(np.fliplr(data_array))            therm1.set_clim(vmin=np.min(data_array), vmax=np.max(data_array))            fig.canvas.draw()  # Redraw the figure to update the plot and colorbar            fig.canvas.flush_events()            plt.pause(0.001)            t_array.append(time.monotonic() - t1)            print('Sample Rate: {0:2.1f}fps'.format(len(t_array)/np.sum(t_array)))            break        except ValueError:            retry_count += 1        except RuntimeError as e:            retry_count += 1            if retry_count >= max_retries:                print(f"Failed after {max_retries} retries with error: {e}")                break

保存代码。

效果

终端执行指令 python mlx90640_plt.py 运行代码；

弹窗显示 matplotlib 伪彩图，调整摄像头位置，采集热成像动态画面；

图像优化

为了优化画面显示效果，使用 Matplotlib  内置函数对数据进行平滑处理。

终端执行 touch mlx90640_plt_smooth.py 新建文件，添加如下代码

import timeimport boardimport busioimport numpy as npimport adafruit_mlx90640import matplotlib.pyplot as pltdef initialize_sensor():    i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)    mlx = adafruit_mlx90640.MLX90640(i2c)    mlx.refresh_rate = adafruit_mlx90640.RefreshRate.REFRESH_4_HZ    return mlxdef setup_plot():    plt.ion()    fig, ax = plt.subplots(figsize=(12, 7))    therm1 = ax.imshow(np.zeros((24, 32)), vmin=0, vmax=60, cmap='inferno', interpolation='bilinear')    cbar = fig.colorbar(therm1)    cbar.set_label(r'Temperature [°C]', fontsize=14)    plt.title('Thermal Image')    return fig, ax, therm1def update_display(fig, ax, therm1, data_array):    therm1.set_data(np.fliplr(data_array))    therm1.set_clim(vmin=np.min(data_array), vmax=np.max(data_array))    ax.draw_artist(ax.patch)    ax.draw_artist(therm1)    fig.canvas.draw()    fig.canvas.flush_events()def main():    mlx = initialize_sensor()    fig, ax, therm1 = setup_plot()    frame = np.zeros((24*32,))    t_array = []    max_retries = 5    while True:        t1 = time.monotonic()        retry_count = 0        while retry_count < max_retries:            try:                mlx.getFrame(frame)                data_array = np.reshape(frame, (24, 32))                update_display(fig, ax, therm1, data_array)                plt.pause(0.001)                t_array.append(time.monotonic() - t1)                print('Sample Rate: {0:2.1f}fps'.format(len(t_array) / np.sum(t_array)))                break            except ValueError:                retry_count += 1            except RuntimeError as e:                retry_count += 1                if retry_count >= max_retries:                    print(f"Failed after {max_retries} retries with error: {e}")                    breakif __name__ == '__main__':    main()

保存代码。

效果

终端执行指令 python mlx90640_plt_smooth.py 运行代码

画面清晰度相较于平滑处理前有较大提升。

总结

本文介绍了工业树莓派 CM0 NANO 单板计算机结合 MLX90640 热成像模块，实现环境红外热成像显示的热成像仪项目设计，包括模块设计、硬件连接、环境搭建、通信测试、图像显示和优化等流程，为相关产品的快速开发和应用设计提供了参考。

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