一体化便携 DIY 红外热成像仪

一款轻量化手持红外热成像装置，以 ESP32-S3 为核心，配合 MLX90640 红外热电堆阵列采集温度数据，通过并行驱动液晶实时渲染热力图像。整机单板集成主控、显示、锂电池充电管理，硬件资料完全开源，可应用于简易发热巡检、设备温升排查等场景。

一体化便携 DIY 红外热成像仪封面
oshw_hqzl2026-07-22 16:57:46Unlicense
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PCBA

设计文件

ESP32-S3_MLX90640_Thermal-main.zip13.93MB（0次下载）

详细介绍

一、项目设计背景与迭代说明

该项目经过多轮硬件改版，最新版本核心改进：

  1. 使用PCB 板载天线替代前代外接天线方案，显著提升 SPI 显示屏刷新帧率；

  2. 屏幕直接贴装在 PCB 背面，整机结构高度集成，无需外接杜邦线；

  3. 采用 8bit 并行总线驱动屏幕，相比传统 SPI 接口大幅提升画面刷新率；

  4. 整机单块 PCB 实现主控、传感器、电源、充电、显示、按键全部电路。

作者定位：业余爱好硬件项目，手工小批量组装销售；硬件原型设计为全职工作，本项目属于业余开发。

二、完整硬件架构

核心器件清单

器件

型号与参数

功能

主控制器

ESP32-S3-FN8

双核 MCU，Wi-Fi / 蓝牙，负责传感器数据读取、温度计算、图像渲染、屏幕驱动

红外热阵列传感器

MLX90640-ESF-BAB-000-TU

32×24 像素红外热电堆阵列，I2C 通信，非接触测温，生成原始热数据

显示屏

1.69 寸 TFT LCD，分辨率 280×240

8 位并行接口，实时渲染热力图、显示最高 / 最低温度

充电管理芯片

MCP73831T-2ACI

锂电池线性充电管理，USB-C 输入充电

LDO 稳压

HT7833

3.3V 500mA 线性稳压，给整机提供稳定电源

电池接口

JST 1.25mm

适配 300~500mAh 3.7V 锂聚合物电池

板载外设布局

  • USB-C 接口：程序下载、供电、锂电池充电

  • 2 个功能按键（Pushbutton1 / Pushbutton2）：图像模式切换、参数调节

  • BOOT/RESET 组合按键：固件下载模式

  • 两颗 LED 指示灯：电源指示灯、充电状态指示灯

  • 电源总开关：整机供电通断

三、电源系统重要特性 ⚠️

  1. 支持 3.7V 锂电池脱离电源线独立便携工作；

  2. 硬性限制：开机状态无法充电！

    需要充电时，必须拨动电源开关关机，再插入 USB-C；充电完成后红色充电指示灯熄灭。

  3. 锂电池接线注意区分正负极，PCB 丝印标注极性，接反会造成硬件损坏。

四、软件 / 固件系统

开发环境

  • 平台：Arduino IDE

  • 核心依赖库：

    1. ESP32-S3 官方板支持库

    2. TFT 屏幕驱动库（8bit 并行驱动）

    3. MLX90640 传感器官方驱动库

库版本兼容性提示：如果编译报错，需要删除库内 User_Setup.h，使用项目提供的配置文件替换。

固件基础功能

  1. 持续读取 MLX90640 原始红外像素数据；

  2. 对原始数据进行温度补偿计算，得到每个像素实际温度；

  3. 将 32×24 低分辨率点阵，插值放大至 280×240 屏幕尺寸；

  4. 热力图调色渲染，实时显示画面、画面内最高温度、最低温度；

  5. 按键预留功能接口，可二次开发：调色板切换、测温范围调整、截图功能。

作者原版固件为基础演示版本（rough code），仅实现基础成像功能，爱好者可在此基础上扩展功能。

五、固件烧录标准操作流程（FAQ 重点）

很多用户遇到上传程序时 COM 端口反复消失，标准操作步骤：

  1. USB-C 连接电脑；

  2. 按住 BOOT 按键不放；

  3. 短按一下 RESET 按键，松开 RESET；

  4. 持续按住 BOOT 直到电脑识别稳定 COM 端口；

  5. 在 Arduino 点击上传，上传完成松开 BOOT 按键。

六、优缺点分析

✅ 项目优势

  1. 一体化单 PCB 方案：无零散模块，整机体积小，方便设计外壳；

  2. 硬件全部开源：原理图、PCB 源文件、固件源码开放，自由修改；

  3. 并行 LCD 方案：刷新速度显著高于市面上常见 SPI 屏 ESP32 热成像方案；

  4. 自带完善锂电池充放电电路，到手即可便携使用。

❌ 局限性

  1. MLX90640 传感器仅 32×24 极低分辨率，画面颗粒感强，属于入门级热成像，不适合高精度专业场景；

  2. 充电必须关机，使用便利性受限；

  3. 作者手工少量制作，成品经常缺货；

  4. 原版固件功能基础，高级功能（截图、WiFi 传输、数据存储）需要自行二次开发；

  5. MLX90640 远距离测温误差较大，更适合近距离（0.1~3 米）目标测温。

七、典型应用场景

  1. 电子 DIY 学习：红外阵列传感器、嵌入式图像渲染、便携电源开发实训；

  2. 简易设备故障排查：电路板芯片发热检测、电源模块温升查找；

  3. 家居巡检：门窗 / 管道漏热、地暖温度分布检测；

  4. 实验室低成本热成像原型验证。

八、复刻项目建议

  1. 物料采购：MLX90640 注意购买 BAB 版本（广角镜头）；电池选用 300~500mAh 超薄锂聚电池；

  2. PCB 打板：直接使用仓库内 PCB 工程文件；

  3. 软件开发：优先使用指定版本 Arduino 库，避免库文件冲突；

  4. 外壳：可根据 PCB 外形自行 3D 打印外壳。

九、License

unlicense-未注明协议，请勿商业使用

十、项目地址

https://github.com/mike-rankin/ESP32-S3_MLX90640_Thermal