KIT POUR DÉTECTION THERMIQUE À PARTIR D UN DRONE Détection de personnes, d animaux et de départs de feux.

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Raymond Turgeon
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1 EDUCA Design Site Internet educa.design@sfr.fr tél : ou télécopie : KIT POUR DÉTECTION THERMIQUE À PARTIR D UN DRONE Détection de personnes, d animaux et de départs de feux. I Présentation de la problématique : Le but de ce nouveau kit est de pouvoir monter sur un drone une vraie caméra thermique avec renvoi direct au sol des informations en temps réel, et éventuellement enregistrement de celles ci. Les informations renvoyées doivent être suffisantes pour détecter un point chaud au dessus de la zone survolée (signal visuel ou sonore) et identifier les coordonnées du point survolé. Portée minimale du signal d au moins 200 mètres, Définition minimale de la caméra ou du capteur matriciel thermique : 8x8 pixels, Schéma de principe ci dessous Bus SPI Protocole Smart port Caméra FLIR Lepton Interface programmable Teensy 3.2 (ou 3.6) Signal PWM Récepteur radio Frsky X8R Détection d animaux ou de personnes Programmation en langage LUA Détection de départ de feux Radiocommande Taranis X9D+ EDUCA DESIGN 1/6

2 II Matériel utilisé : Le module de caméra choisi est le module «Lepton FLIR» (résolution 80x60 points). Il est monté sur une carte de développement «Flir breakout 1.4». L ensemble est relié à la carte Teensy 3.2 pour assurer le développement de l application et l envoi des données sur un récepteur X8R. Le récepteur X8R communique ensuite avec la radiocommande Taranis X9D Plus qui affiche les résultats. III Eléments et données affichées : Matrice de 8x8 points. Les points apparaissent en gris si leur température dépasse une température seuil réglable sur la radiocommande. Température de seuil : température à partir de laquelle les points seront affichés dans la matrice 8x8. Elle est réglable à partir du potentiomètre de la radiocommande Taranis. Température maximale : correspond à la température du point de mesure le plus chaud. Température minimale : correspond à la température du point de mesure le moins chaud. Température moyenne : correspond à la moyenne des températures des points de mesure. Température du drone : correspond à la température de la thermistance de la caméra. Densité : correspond au pourcentage de points de mesure ayant une température supérieure à la température de seuil. Si la température maximale détectée est supérieure à 30, une silhouette de personne est affichée sur l écran. Si la température maximale détectée est supérieure à 60, la signalétique d un feu est affichée sur l écran. Le réglage de la température de seuil est réalisé par l intermédiaire du canal 8 du récepteur X8R. IV Contenu du kit : Carte de développement «Flir breakout 1.4» Module FLIR Lepton avec obturateur thermique (shutter) 50 (FOV) Carte Teensy 3.2 Récepteur Frsky X8R Connectique adaptée. Cordons USB Micro (pour carte Teensy) et mini (pour Taranis) CD ressources «Détection thermique» contenant : o Les logiciels de programmation Arduino et Open Tx dans leurs dernières versions, o les différents programmes sources (Arduino et lua), o la documentation de base pour la compréhension des fonctions du module Lepton, o la documentation et les ressources sur le capteur Grid Eye de Panasonic. Radiocommande Taranis X9D+ (non comprise dans le kit). Ce kit est compatible avec la «platine de développement Taranis Naza V2». Le CD ressources «Détection thermique» est aussi vendu séparément. EDUCA DESIGN 2/6

3 La caméra FLIR Lepton possède une résolution de 80x60 points. L ensemble des trames sont récupérées par la carte Teensy et traitées ensuite pour travailler au final sur une matrice de 8x8 points. De la même manière, tous les calculs de températures (valeurs maxi, mini, moyennes ) sont effectués à partir de l ensemble des données (4800 points) renvoyées par la caméra. La figure ci dessous représente le code affiché dans le moniteur série du logiciel de programmation Arduino. Ici les valeurs de température des points ont été remplacées par des caractères affichables. V Documentation et sources : Le site FLIR possède une bonne documentation en anglais sur les différents composants (dont le module Lepton) et sur les techniques mises en œuvre, par exemple la compensation de température. Parmi cette documentation, les deux documents ci dessous sont indispensables ; Lepton_Datasheet_Rev1_2_5.pdf Lepton Software Interface Description Document Rev 353.pdf En ce qui concerne la programmation : Site de base Arduino Site Teensy Site Open TX Site Frsky VI EDUCA DESIGN 3/6

4 VI Extensions et évolutions possibles autour du module FLIR Lepton : Le module FLIR Lepton est très facilement démontable de la carte Flir breakout 1.4. Il peut être remonté aussi facilement sur d autre type de cartes utilisant d autre protocoles de communication de données avec l environnement. Caméra PureThermal 1 Possède une sortie vidéo USB (UVC) directement reliable à un PC. Cette caméra est idéale pour le développement sur ordinateur (traitement d images et couleurs). Elle possède de plus sur sa face inférieure une sortie vidéo non implémentée dans le firmware actuel de série. Il est cependant possible de mettre à jour la caméra avec un nouveau firmware activant cette sortie. Firmware modifiable (programmes sur Github) Caméra Drone Thermal V3 Possède une sortie directe vidéo composite à relier à une télémétrie ou un transmetteur vidéo. L image est renvoyée en niveaux de gris. Alimentation 3,3 à 5V. Ce matériel permet de créer une solution complète classique de renvoi vidéo pour un drone : Incrustation optionnelle des informations télémétrique sur la vidéo, Renvoi du signal vidéo au sol via un transmetteur 5,8 Ghz, Récupération au sol de l image sur un moniteur combiné à un récepteur 5,8Ghz et éventuellement d un enregistreur DVR. EDUCA DESIGN 4/6

5 Exemple réalisé à partir d un Educadrone (Kit de base) muni d une nacelle autostabilisée Zenmuse sur laquelle sont montées une Gopro (Kit vision Educadrone) et la caméra thermique, et d un module IOSD Mark2 (Kit boite noire Educadrone) permettant de sélectionner depuis la radiocommande quelle image de caméra renvoyer sur la station sol (Kit FPV Educadrone). VII Variante du projet : La caméra FIR Lepton peut être remplacée par le composant Grid Eye de PANASONIC. Le Grid Eye est en fait un capteur thermique de 8x8 points. Cette configuration convient à notre projet de base même si les données récoltées sont moins précises. PANASONIC distribue une carte d évaluation de faible cout pour le Grid Eye, très intéressante : Mise en œuvre du capteur de manière autonome à partir d un logiciel PC (liaison USB) ou d un appli Androïd ou ios, Développement sous environnement Arduino (exemples programmes sources), Développement sous Labview (exemples programmes sources), Fourniture gratuite d un SDK et API par Panasonic, Documentations sur protocole de communication et autres ressources Site ressource Panasonic : evalkit Cette carte est idéale pour l apprentissage et la mise au point de projets et prototypes à base de signaux thermiques, en travaux pratiques ou avec des élèves. On privilégiera cependant le montage direct du Grid Eye sur une carte type «breakout» dans le cas de développement d applications professionnelles. EDUCA DESIGN 5/6

6 EDUCA Design Site Internet educa.design@sfr.fr tél : ou télécopie : DETECTION THERMIQUE Tarifs 2016/2017 Désignation produit Prix T.T.C GRID EYE (Panasonic) Kit Thermique Grid Eye Carte breakout AS Electronic + capteur Grid Eye + carte Arduino DUE + câble USB + connectique + CD ressources «Détection thermique» Carte d évaluation PANASONIC pour capteur Grid Eye Comprend la carte + un capteur Grid Eye AMG un câble USB Capteur Grid Eye AMG8833 seul : Alimentation 3,3 V Haut Gain (0 à 80 c) 70 Capteur Grid Eye AMG8834 seul : Alimentation 3,3 V Faible Gain ( 20 à 100 c) 70 Capteur Grid Eye AMG8853 seul : Alimentation 5 V Haut Gain (0 à 80 c) 70 Capteur Grid Eye AMG8854 seul : Alimentation 5 V Bas Gain ( 20 à 100 c) 70 Kit de détection thermique FLIR Lepton Carte «Flir breakout 1.4» + capteur FLIR Lepton avec obturateur thermique (shutter) 50 (FOV) + carte Teensy Récepteur Frsky X8R + câbles USB + connectique + CD ressources «Détection thermique» 590 LEPTON (FLIR) Kit de détection thermique FLIR Lepton sans module thermique FLIR Lepton 270 Carte caméra PureThermal1 sans module thermique FLIR Lepton 250 Carte caméra Drone Thermal V3 sans module thermique FLIR Lepton 250 Module thermique FLIR Lepton Longue portée seul angle de vision 25 (FOV) 290 Module thermique FLIR Lepton Moyenne portée seul angle de vision 50 (FOV) 290 Module thermique FLIR Lepton avec obturateur thermique (shutter) seul angle de vision 50 (FOV) permet une autocorrection des données en fonction de la température de la caméra. 330 Carte ARDUINO DUE carte + cordon USB 45 COMPLEMENTS Carte TEENSY Convertisseur de niveau I2C 3,3V 5V 12 Radiocommande Taranis X9D PLUS Livrée sans récepteur X8R déjà présent dans le kit. Programmée avec Open TX CD ressources «Détection thermique» seul Ressources sur les capteurs Grid Eye (Panasonic) et Lepton (FLIR) EDUCA DESIGN 6/6

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