【2024 DigiKey创意大赛】+便携式红外智能吸烟器+结项贴

老杰瑞

【2024 DigiKey创意大赛】+便携式红外智能吸烟器+结项贴 [复制链接]

 

【2024 DigiKey创意大赛】+便携式红外智能吸烟器+结项贴

先来看看(半)成品效果:

先来看看(半)成品效果

 

Emmm,热成像模块给我玩坏了,下面是没玩坏之前的效果:

没玩坏之前的效果

 

下面介绍一下项目想法:

我是一名自动化的电子开发者,在开发电路过程中老是需要焊接各种pcb元器件,有一天我在网上看到焊接烟雾会导致不孕不育,我害怕极了,我才20几.还没小孩呢!伤心~

我痛定思痛,决定开发一款桌面式焊接吸烟器.

在着手开发这款便携式红外智能吸烟器之前，我曾浏览淘宝，寻找市面上是否有类似产品。然而，我发现现有的吸烟器普遍存在体积庞大、必须连接电源且噪音大等问题，这与我心中理想的吸烟器相去甚远。因此，我决定自行设计一款既便携又智能的吸烟器。

作品目的：我们在焊接过程中用的焊锡丝，由焊锡和铅组成，并含有少量助焊剂。焊接时会产生金属颗粒物、金属氧化物和有机挥发物。长期吸入这些有害气体和颗粒物可能会导致焊工出现咳嗽、气喘、胸闷、慢性支气管炎、角膜炎等一系列呼吸道系统疾病。此外，焊接地点经常光线昏暗，不利于焊工的操作和视觉健康，容易导致疲劳和操作失误。，以及焊接环境光线昏暗的问题，设计一款智能吸烟器，以保护焊接人员的健康并改善工作环境。

采用方法：该智能吸烟器通过热电偶传感器检测烙铁是否开启，自动启动风扇和滤网系统，有效吸收和过滤焊接产生的有害气体和颗粒物。同时，内置可调光LED灯，提供充足照明，改善焊接环境。

项目启动与挑战

我在3D模型分享网站上找到了一款外壳模型，但它仅具备基本的开关功能，且必须连接电源。这激发了我对其进行改造的想法。Minimalist 3D Printed Fume Extractor by rdmmkr - Thingiverse

在尝试为其安装电池后，我面临了一个新问题：设备频繁耗尽电量，而我也经常忘记关闭它。由于焊接和调试是一个反复开关烙铁的过程，我决定开发一款能够通过红外检测温度自动控制风扇启停的吸烟器。幸运的是，本次大赛提供的物料中包含了一款红外热成像模块，这为项目的诞生提供了关键技术支持。

软硬件架构图:

流程图:

功能示意图:

系统工作的照片:

技术难题与解决方案

尽管项目本身难度不大，但使用ESP32C6芯片后，情况变得复杂。首先，我习惯使用PlatformIO进行代码开发，但发现其官方版本并未适配ESP32C6的Arduino环境。经过一番努力，我终于成功配置了ESP32C6。其次，屏幕驱动也是一个挑战。我通常使用TFT_eSPI库开发屏幕，但在ESP32C6上也未适配。经过数日的努力，我成功将屏幕库移植至ESP32C6。

接下来，热成像数据的读取成为了难题。最初，我尝试采用插值算法，但经过五六天的调试仍未达到预期效果，最终决定采用32×16像素的色块输出方案。

编码器配置是另一个技术挑战。通常情况下，编码器库可以解决这一问题，但ESP32C6的适配问题让我花费了两三天时间。由于涉及到底层脉冲寄存器配置，我尝试从ESP32C3的适配中逆向工程，但发现ESP32C3和ESP32S3系列的核心配置函数与ESP32C6并不相似。经过几天的努力，我最终放弃了库适配，转而采用中断方式实现编码器检测。然而，这又导致了一个新的问题：编码器快速转动时系统会卡死并重启。在朋友的指点下，我意识到可能是热成像数据读取时的中断导致的数据读取错误。最终，我改为使用定时器检测编码器状态，成功解决了这一问题。

界面设计与展示

在开发过程中，我还尝试了LVGL库，以期实现更高级的界面效果。以下是我的效果展示：

然而，由于时间限制与能力不够，发现热成像传感器只能通过打点函数进行显示。然后我又是用的图形化界面编辑的lvgl,不太会写lvgl的代码,经过五六天的努力尝试仍未能解决，我决定回归到更传统的显示方案。

源码及说明：

编码器与按键读取代码

编码器用定时器，按键用中断：

// 此函数将由定时器调用以检查编码器状态
void checkEncoder() {
    static unsigned long lastChangeTime = 0;  // 记录上次状态改变的时间
    unsigned long currentTime = millis();     // 获取当前时间
    int currentEncoderA = digitalRead(ENCODER_A);  // 读取编码器A的状态
    int currentEncoderB = digitalRead(ENCODER_B);  // 读取编码器B的状态
    static int lastEncoderB = LOW;  // 添加B信号的上一个状态
    // 检查编码器A状态是否发生变化,并加入时间间隔判断
    if (currentEncoderA != lastEncoderA && (currentTime - lastChangeTime) > 5) { // 5ms去抖
        if (currentEncoderA == HIGH) {
            // 通过比较A和B的变化序列来判断方向
            if (lastEncoderB != currentEncoderB) {
                encoderDirection = (currentEncoderB == HIGH) ? 1 : -1;
            }
            lastChangeTime = currentTime;  // 更新状态改变时间
        }
        lastEncoderA = currentEncoderA;  // 更新前一个状态
        lastEncoderB = currentEncoderB;  // 更新B的前一个状态
    }
}
// 风扇按钮中断服务例程
void IRAM_ATTR fanButtonISR() {
  unsigned long currentMillis = millis();  // 获取当前时间
  // 只有当当前时间与上次按下时间的间隔大于去抖动时间时，才认为是有效的按下
  if (currentMillis - lastFanButtonPress > DEBOUNCE_TIME) {
    fanButtonPressed = true;  // 设置风扇按钮按下状态为真
    lastFanButtonPress = currentMillis;  // 更新上次按下时间
    Serial.print("fanButtonPressed");  // 串口打印
  }
}
// LED按钮中断服务例程
void IRAM_ATTR ledButtonISR() {
  unsigned long currentMillis = millis();  // 获取当前时间
  // 只有当当前时间与上次按下时间的间隔大于去抖动时间时，才认为是有效的按下
  if (currentMillis - lastLedButtonPress > DEBOUNCE_TIME) {
    ledButtonPressed = true;  // 设置LED按钮按下状态为真
    lastLedButtonPress = currentMillis;  // 更新上次按下时间
    Serial.print("ledButtonPressed");  // 串口打印
  }
}

 

快速排列，得出温度最大值：

    //快排-得到最大值
    qusort(frame, 0, 32 * 24 - 1);
    max_temp += frame[767];
//Quick sort
//通过递归分治的方式将一个大数组分为两个子数组，子数组的元素分别小于和大于基准值。
void qusort(float s[], int start, int end) //自定义函数 qusort()
{
    int i, j;        //定义变量为基本整型
    i = start;       //将每组首个元素赋给i
    j = end;         //将每组末尾元素赋给j
    s[0] = s[start]; //设置基准值
    while (i < j)
    {
        while (i < j && s[0] < s[j])
            j--; //位置左移
        if (i < j)
        {
            s[i] = s[j]; //将s[j]放到s[i]的位置上
            i++;         //位置右移
        }
        while (i < j && s[i] <= s[0])
            i++; //位置左移
        if (i < j)
        {
            s[j] = s[i]; //将大于基准值的s[j]放到s[i]位置
            j--;         //位置左移
        }
    }
    s[i] = s[0]; //将基准值放入指定位置
    if (start < i)
        qusort(s, start, j - 1); //对分割出的部分递归调用qusort()函数
    if (i < end)
        qusort(s, j + 1, end);
}

 

关键的热成像数据显示代码：

        //Display with 32*24 pixel-160*120  172-52-26
        for (uint8_t h = 0; h < 24; h++)
        {
            for (uint8_t w = 0; w < 32; w++)
            {
                //看看什么原理
                uint8_t colorIndex = map_f(temp_frame[h * 32 + w], MINTEMP, MAXTEMP);
                tft.fillRect(5 * w, 5 * h+26, 5, 5, camColors[colorIndex]);
            }
        }

 

把温度值通过函数map_f转换为颜色值，通过tft色块代码显示

其余代码看下面这个链接，里面有完整的项目代码

download.eeworld.com.cn/detail/老杰瑞/634908

模型后续我会发在评论区，因为还不是最终版本，还在迭代中

项目展望

尽管面临重重挑战，我并未放弃。新的板子已经在来的路上，这次我将采用ESP32-WROOM-32芯片，并更换热成像模块为热电偶模块，类似于疫情期间用于检测人体温度的那种。这样的改动将使成本控制在50元以内，更适合大家复刻。敬请期待我的新作品！

下面是项目过程中的分享贴

【2024 DigiKey创意大赛】+便携式红外智能吸烟器+ESP32C6使用MLX90640显示图像测试 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)

【2024 DigiKey创意大赛】+便携式红外智能吸烟器+ESP32C6驱动1.54寸st7789屏幕 - DigiKey得捷技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)

 

老杰瑞

wangerxian 发表于 2024-11-7 17:48 没坏之前的效果视频是不是没有传成功？

好像是欸，我重新上传

没玩坏之前的效果

wangerxian

没坏之前的效果视频是不是没有传成功？

hellokitty_bean

LVGL（light and versatile Graphics library）学习曲线这么陡峭吗？

还没尝试过。

老杰瑞

hellokitty_bean 发表于 2024-11-8 17:36 LVGL（light and versatile Graphics library）学习曲线这么陡峭吗？ 还没尝试过。

可以试试，用gui来配置挺快的