MLX90640 : เซนเซอร์ตรวจจับความร้อนแบบอินฟราเรด

MLX90640 คืออะไร?

MLX90640 เป็นเซนเซอร์ตรวจจับความร้อนแบบอินฟราเรดที่ทำงานโดยอาศัยหลักการของการตรวจจับรังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation) ที่ปล่อยออกมาจากร่างกายหรือวัตถุ โดยไม่ต้องสัมผัสกับวัตถุนั้นๆ เซนเซอร์นี้สามารถสร้างภาพความร้อน (Thermal Image) ได้ในรูปแบบของข้อมูลเมทริกซ์ 32x24 พิกเซล ซึ่งแม้ว่าความละเอียดจะไม่สูงเท่ากล้องตรวจจับความร้อนระดับไฮเอนด์ แต่ MLX90640 ก็โดดเด่นด้วยขนาดที่เล็ก ราคาที่เหมาะสม และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

คุณสมบัติเด่นของ MLX90640

1. ความละเอียด 32x24 พิกเซล

   • MLX90640 มีความละเอียด 768 พิกเซล (32x24) ซึ่งเพียงพอสำหรับการสร้างภาพความร้อนเบื้องต้นและการวิเคราะห์อุณหภูมิในพื้นที่ขนาดเล็ก
   • เหมาะสำหรับงานที่ไม่ต้องการความละเอียดสูง เช่น การตรวจสอบอุณหภูมิในอาคาร การตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า หรือการประยุกต์ใช้งานในหุ่นยนต์

2. ช่วงการตรวจจับอุณหภูมิ

   • MLX90640 สามารถตรวจจับอุณหภูมิได้ในช่วง -40°C ถึง 300°C (ขึ้นอยู่กับรุ่น)
   • มีความแม่นยำสูง ±1°C ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด

3. ขนาดกะทัดรัด

   • เซนเซอร์ MLX90640 มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ทำให้สามารถนำไปติดตั้งในอุปกรณ์ขนาดเล็กหรือระบบ IoT ได้อย่างสะดวก

4. รองรับการเชื่อมต่อ I2C

   • MLX90640 ใช้โปรโตคอล I2C ในการสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์หรือคอมพิวเตอร์ ทำให้การติดตั้งและการใช้งานง่ายขึ้น

5. Field of View (FOV)

   • MLX90640 มี FOV สองรุ่นให้เลือกใช้งาน คือ 55°x35° และ 110°x75° ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการมุมมองกว้างหรือแคบ

การประยุกต์ใช้งาน MLX90640

MLX90640 สามารถนำมาใช้งานได้หลากหลายในหลายอุตสาหกรรม ดังนี้:

1. การตรวจสอบอุณหภูมิในอาคาร

   • ใช้สำหรับตรวจสอบการรั่วไหลของความร้อนในอาคารหรือโรงงาน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

2. การตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า

   • ช่วยตรวจจับจุดร้อน (Hot Spot) ในอุปกรณ์ไฟฟ้าหรือแผงวงจร เพื่อป้องกันการเกิดไฟไหม้หรือความเสียหาย

3. การแพทย์

   • ใช้ในการตรวจจับอุณหภูมิร่างกายของมนุษย์ เช่น การตรวจวัดไข้ในสถานการณ์โรคระบาด

4. หุ่นยนต์และโดรน

   • ติดตั้งบนหุ่นยนต์หรือโดรนเพื่อสร้างภาพความร้อนสำหรับการนำทางหรือการตรวจสอบสภาพแวดล้อม

5. การเกษตร

   • ใช้ในการตรวจสอบอุณหภูมิของพืชผลหรือสัตว์ เพื่อควบคุมสภาวะแวดล้อมให้เหมาะสม

ข้อจำกัดของ MLX90640

แม้ว่า MLX90640 จะมีคุณสมบัติที่น่าสนใจ แต่ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการที่ควรพิจารณา:

• ความละเอียดต่ำ : ความละเอียด 32x24 พิกเซลอาจไม่เพียงพอสำหรับงานที่ต้องการรายละเอียดสูง
• ความเร็วในการอ่านค่า : อัตราการอ่านค่าอุณหภูมิของ MLX90640 อยู่ที่ประมาณ 1-64 Hz ซึ่งอาจช้าเกินไปสำหรับงานที่ต้องการความเร็วสูง
• ความซับซ้อนในการประมวลผล : การแปลงข้อมูลจากเซนเซอร์เป็นภาพความร้อนจำเป็นต้องใช้การประมวลผลที่ซับซ้อน

สรุป

MLX90640 เป็นเซนเซอร์ตรวจจับความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงในราคาที่เหมาะสม เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตรวจจับอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสในพื้นที่ขนาดเล็ก ด้วยขนาดที่กะทัดรัดและการเชื่อมต่อที่ง่าย MLX90640 จึงเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับนักพัฒนาและวิศวกรที่ต้องการนำเทคโนโลยีตรวจจับความร้อนมาใช้งานในโครงการต่างๆ

หากคุณกำลังมองหาเซนเซอร์ที่ตอบโจทย์การใช้งานในระดับกลาง MLX90640 อาจเป็นคำตอบที่คุณตามหา

การใช้งานเซนเซอร์ MLX90640 กับ Arduino จำเป็นต้องใช้ไลบรารีเฉพาะที่รองรับการทำงานของเซนเซอร์นี้ เนื่องจาก MLX90640 ส่งข้อมูลผ่านโปรโตคอล I2C และข้อมูลที่ได้มาจะต้องถูกประมวลผลเพื่อแปลงเป็นค่าอุณหภูมิและสร้างภาพความร้อน (Thermal Image)

ขั้นตอนการติดตั้งไลบรารี

1. เปิด Arduino IDE
2. ไปที่เมนู Sketch > Include Library > Manage Libraries
3. ค้นหาคำว่า Adafruit MLX90640 และ ติดตั้งไลบรารี
4. ตรวจสอบว่าไลบรารี Adafruit BusIO และ Wire (สำหรับ I2C) ถูกติดตั้งแล้ว หากยังไม่มี ให้ติดตั้งด้วยเช่นกัน

การต่อวงจร

• VCC -> 5V หรือ 3.3V (ขึ้นอยู่กับโมดูล)
• GND -> GND
• SDA -> SDA (บน Arduino: A4 สำหรับ Uno, 20 สำหรับ Mega)
• SCL -> SCL (บน Arduino: A5 สำหรับ Uno, 21 สำหรับ Mega)

โค้ดตัวอย่าง

ตัวอย่างโค้ดนี้จะแสดงค่าอุณหภูมิของแต่ละพิกเซลใน Serial Monitor และสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่อสร้างภาพความร้อนได้

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MLX90640.h>

// สร้างออบเจ็กต์ MLX90640
Adafruit_MLX90640 mlx;

// ขนาดของเมทริกซ์พิกเซล
#define PIXELS 768 // 32x24 = 768 พิกเซล

// อาเรย์สำหรับเก็บค่าอุณหภูมิ
float temperatures[PIXELS];

void setup() {
  // เริ่มต้น Serial Monitor
  Serial.begin(115200);
  
  // เริ่มต้น I2C
  Wire.begin();

  // ตรวจสอบการเชื่อมต่อ MLX90640
  if (!mlx.begin(MLX90640_I2CADDR_DEFAULT, &Wire)) {
    Serial.println("MLX90640 ไม่พบเซนเซอร์!");
    while (1) delay(10);
  }

  // กำหนดค่า Refresh Rate (Hz)
  mlx.setMode(MLX90640_INTERLEAVED);
  mlx.setResolution(MLX90640_ADC_18BIT); // ความละเอียด ADC
  mlx.setRefreshRate(MLX90640_4_HZ);    // อัตราการรีเฟรช 4 Hz

  Serial.println("MLX90640 เริ่มทำงานแล้ว!");
}

void loop() {
  // อ่านค่าอุณหภูมิจากเซนเซอร์
  if (mlx.getFrame(temperatures) != 0) {
    Serial.println("เกิดข้อผิดพลาดในการอ่านค่า!");
    return;
  }

  // แสดงค่าอุณหภูมิใน Serial Monitor
  for (int i = 0; i < PIXELS; i++) {
    Serial.print(temperatures[i]);
    Serial.print("\t");
    
    // เริ่มบรรทัดใหม่ทุกๆ 32 พิกเซล (32x24)
    if ((i + 1) % 32 == 0) {
      Serial.println();
    }
  }

  Serial.println(); // ขึ้นบรรทัดใหม่หลังแสดงข้อมูลทั้งหมด
  delay(500);       // รอ 500 มิลลิวินาทีก่อนอ่านค่าครั้งถัดไป
}

คำอธิบายโค้ด

1. การเริ่มต้นเซนเซอร์

   • ใช้ฟังก์ชัน mlx.begin() เพื่อตรวจสอบการเชื่อมต่อเซนเซอร์
   • กำหนดโหมดการทำงาน เช่น setMode, setResolution, และ setRefreshRate เพื่อปรับแต่งการทำงานของเซนเซอร์

2. การอ่านค่าอุณหภูมิ

   • ใช้ฟังก์ชัน mlx.getFrame() เพื่ออ่านค่าอุณหภูมิจากเซนเซอร์และเก็บไว้ในอาเรย์ temperatures
   • ค่าที่ได้จะเป็นค่าอุณหภูมิในหน่วยองศาเซลเซียส (°C)

3. การแสดงผล

   • ค่าอุณหภูมิจะถูกแสดงใน Serial Monitor โดยจัดเรียงเป็นตาราง 32x24 พิกเซล

การปรับแต่งเพิ่มเติม

1. การแสดงภาพความร้อน

   • คุณสามารถนำค่าอุณหภูมิไปประมวลผลเพื่อสร้างภาพความร้อน โดยใช้ไลบรารีเช่น Adafruit GFX หรือ TFT_eSPI สำหรับจอแสดงผล

2. การปรับอัตราการรีเฟรช

   • ลองเปลี่ยนค่า setRefreshRate เป็น MLX90640_8_HZ หรือ MLX90640_16_HZ เพื่อเพิ่มความเร็วในการอ่านค่า

3. การใช้งานร่วมกับจอ LCD

   • หากต้องการแสดงผลภาพความร้อนแบบเรียลไทม์ คุณสามารถต่อจอ LCD เช่น TFT หรือ OLED และใช้ไลบรารีกราฟิกเพื่อสร้างภาพความร้อน

ข้อควรระวัง

• MLX90640 มีความละเอียดต่ำ (32x24 พิกเซล) การแสดงผลอาจไม่คมชัดเท่ากล้องตรวจจับความร้อนระดับไฮเอนด์
• ตรวจสอบแรงดันไฟเลี้ยงของเซนเซอร์ (3.3V หรือ 5V) เพื่อป้องกันความเสียหาย
• หากใช้งานร่วมกับจอแสดงผล ให้แน่ใจว่า Arduino มีประสิทธิภาพเพียงพอในการประมวลผลข้อมูล

คุณสามารถใช้งาน MLX90640 กับ ESP32 โดยใช้ MicroPython ได้เช่นกัน แม้ว่า MicroPython จะไม่มีไลบรารีสำเร็จรูปอย่าง Adafruit MLX90640 ที่มีใน Arduino แต่คุณยังสามารถเขียนโค้ดเพื่ออ่านข้อมูลจากเซนเซอร์ผ่านโปรโตคอล I2C ได้โดยตรง

from machine import Pin, I2C
import time
import struct

# กำหนดพิน I2C
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=400000)

# ที่อยู่ I2C ของ MLX90640
MLX90640_I2C_ADDR = 0x33

# ขนาดของเมทริกซ์พิกเซล
PIXELS = 768  # 32x24 = 768 พิกเซล

def read_mlx90640_temperatures():
    # ส่งคำสั่งอ่านข้อมูลจาก MLX90640
    i2c.writeto(MLX90640_I2C_ADDR, b'\x02')  # เลือก RAM เริ่มต้น
    raw_data = i2c.readfrom(MLX90640_I2C_ADDR, PIXELS * 2)  # อ่านข้อมูล 16-bit สำหรับแต่ละพิกเซล

    # แปลงข้อมูลเป็นค่าอุณหภูมิ
    temperatures = []
    for i in range(0, len(raw_data), 2):
        # รวมข้อมูล 2 ไบต์เป็นค่า 16-bit
        raw_temp = struct.unpack('>H', raw_data[i:i+2])[0]
        
        # แปลงค่าเป็นอุณหภูมิ (ปรับค่าตามเอกสาร MLX90640)
        temp_c = (raw_temp - 32768) * 0.02 - 273.15
        temperatures.append(temp_c)
    
    return temperatures

def main():
    while True:
        try:
            # อ่านค่าอุณหภูมิ
            temperatures = read_mlx90640_temperatures()
            
            # แสดงผลค่าอุณหภูมิ
            for i, temp in enumerate(temperatures):
                print(f"{temp:.2f}", end="\t")
                if (i + 1) % 32 == 0:  # เริ่มบรรทัดใหม่ทุกๆ 32 พิกเซล
                    print()
            print("\n---\n")
        
        except Exception as e:
            print("เกิดข้อผิดพลาด:", e)
        
        # รอ 1 วินาทีก่อนอ่านค่าครั้งถัดไป
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    main()

คำอธิบายโค้ด

1. การตั้งค่า I2C

   • ใช้โมดูล machine.I2C เพื่อสร้างออบเจ็กต์ I2C และกำหนดพิน SDA และ SCL
   • ความถี่ I2C ถูกตั้งไว้ที่ 400kHz ซึ่งเหมาะสมสำหรับ MLX90640

2. การอ่านข้อมูล

   • ส่งคำสั่ง I2C เพื่ออ่านข้อมูลจาก RAM ของ MLX90640
   • ข้อมูลที่อ่านมาจะเป็นค่า 16-bit สำหรับแต่ละพิกเซล (768 พิกเซล)

3. การแปลงข้อมูล

   • ใช้ฟังก์ชัน struct.unpack เพื่อรวมข้อมูล 2 ไบต์เป็นค่า 16-bit
   • แปลงค่าดิบเป็นอุณหภูมิโดยใช้สมการที่ระบุในเอกสาร MLX90640 (Datasheet)

4. การแสดงผล

   • ค่าอุณหภูมิจะถูกแสดงในรูปแบบตาราง 32x24 พิกเซลผ่าน Serial Monitor

ข้อควรระวัง

1. ประสิทธิภาพของ ESP32

   • การประมวลผลข้อมูลจาก MLX90640 อาจใช้ทรัพยากรมาก เนื่องจากต้องอ่านและแปลงข้อมูล 768 พิกเซล หากต้องการแสดงผลภาพความร้อนแบบเรียลไทม์ อาจต้องใช้จอแสดงผลที่รองรับ MicroPython เช่น SSD1306 หรือ ILI9341

2. การจัดการหน่วยความจำ

   • MicroPython มีข้อจำกัดด้านหน่วยความจำ ดังนั้นควรทดสอบโค้ดบน ESP32 ที่มีหน่วยความจำเพียงพอ (เช่น ESP32-WROOM-32)

3. การปรับค่า Offset

   • ค่า Offset และ Gain ของ MLX90640 อาจต้องปรับตามสภาพแวดล้อมหรือการตั้งค่าเฉพาะของเซนเซอร์ โปรดตรวจสอบเอกสาร MLX90640 สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม

การประยุกต์ใช้งาน

• การตรวจสอบอุณหภูมิในอาคาร : ใช้ MLX90640 เพื่อตรวจสอบจุดร้อนหรือการรั่วไหลของความร้อน
• การตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า : ตรวจจับจุดร้อนในแผงวงจรหรืออุปกรณ์ไฟฟ้า
• การควบคุมระบบ IoT : นำข้อมูลอุณหภูมิไปใช้ในการควบคุมอุปกรณ์อัตโนมัติ