CAO – Boitier Caméra Thermique pour le Raspberry

Dans le cadre de notre projet, nous avons décidé de réaliser en CAO un boitier caméra thermique compact permettant de porter le module FLIR Lepton 3.5 avec le Raspberry. L’objectif avec cette boîte est donc de pouvoir transporter l’ensemble du système sans avoir besoin d’être proche d’une prise électrique. Pour la réaliser, nous devons d’abord identifier tous les composants et toutes les fonctions nécessaires.

Cahier des charges du boitier thermique

La modélisation de notre boitier devra :

• Intégrer les composants suivants : Raspberry PI 4 B, carte d’interfaçage USB PureThermal 2, FLIR Lepton 3.5 et possiblement une batterie externe.
• Fixer la carte PureThermal afin d’éviter tout déplacement de cette dernière. En effet, le module Lepton se fixe sur cette carte.
• Orienter la carte pour qu’elle soit verticale avec le module dans sa position adéquate pour filmer.
• Eviter tout encombrement devant l’optique du FLIR Lepton 3.5
• Fixer le Raspberry. Pour ce dernier, des légers déplacements peuvent être tolérer si aucun dégât n’est fait sur le Raspberry.
• Prévoir un accès simple et rapide pour brancher les câbles au Raspberry. En particulier pour le câble d’alimentation.
• Prévoir l’intégration d’un écran relié au Raspberry.
• Permettre l’ouverture de la boîte à volonté. Il est intéressant d’éviter les systèmes d’accroches qui demandent une torsion moyenne ou importante du plastique.

Maintenant que nous avons identifié les caractéristiques que doit posséder notre boîte, nous pouvons commencer la conception. L’objectif de la CAO est de permettre une visualisation du modèle mais aussi d’envisager une potentielle impression 3D. Nous avons donc pensé notre boîte pour qu’elle soit totalement imprimable en 3D. Seuls des vis et des écrous seront à rajouter. Pour répondre aux contraintes de l’impression et pour tenir compte du cahier des charges, le boitier thermique se compose de trois parties.

Support pour la partie caméra thermique du boitier

Pour cette pièce, l’idée majeure est de fixer la carte d’interfaçage USB verticale avec quatre vis et quatre écrous. En effet, conformément au cahier des charges, avec ces fixations, nous assurons qu’aucun déplacement sera possible. De plus, il est nécessaire de positionner un trou pour l’optique du FLIR Lepton 3.5. En nous basant sur la datasheet du PureThermal 2, nous obtenons la pièce suivante :

Nous pouvons voir au-dessus des 4 cylindres un enfoncement rectangulaire suivi d’un trou rond. Cela correspond à l’emplacement de la carte. L’enfoncement permet au module FLIR Lepton d’être plus proche de la paroi extérieure. Le but ici est d’éviter au maximum d’avoir un encombrement pouvant gêner la visibilité de la caméra. Les 4 cylindres creux permettent l’utilisation de vis M2. Dans notre cas, nous utilisons ces vis avec une longueur de 12mm. Cependant, pour faire tenir ces vis, nous utilisons des écrous adaptés, illustrés par la photo ci-dessous :

Les deux cylindres creux que nous remarquons aux extrémités sur cette pièce sont un passage de vis. En effet, ces dernières permettront le maintien global du boitier. La hauteur de cette pièce est pensée en fonction de la hauteur du PureThermal. En effet la carte ne dépasse pas la hauteur de la pièce.

Cette carte d’interfaçage fonctionne en USB. L’espace en dessous de l’emplacement prévue permet de stocker le câble USB quand il est branché pour éviter qu’il ne dépasse de la boîte. Cela pourrait aussi servir pour une nappe ou des câbles reliés au GPIO. Nous obtenons avec la carte et le module l’assemblage ci-dessous :

Comme précisé auparavant, nous souhaitons que notre boîte puisse être imprimée en 3D. En s’appuyant sur les premières photo, nous déterminons le sens d’impression selon l’axe Y+ du repère.

Support pour le Raspberry Pi 4 Model B dans le boitier thermique

Nous pouvons maintenant attaquer la conception de la pièce supportant le Raspberry. Elle n’est pas grandement différente de la pièce précédente. L’idée est encore d’utiliser quatre vis et quatre écrous pour fixer le Raspberry au support. La photo ci-dessous illustre ce support :

De la même manière, les 4 cylindres creux permettent l’utilisation de vis. Nous utilisons ici des M2.5 d’une longueur de 10mm. Les deux cylindres creux aux extrémités correspondent toujours au passage des grandes vis de soutien du boitier.

Cependant, un Raspberry possède plusieurs branchements. Les deux trous rectangulaires sur la face de gauche et la face du dessous permettent l’accès aux prises. De plus, celui sur la face inférieure permet, par exemple, le passage d’un câble USB jusqu’à la carte d’interfaçage qui se trouvent en dessous dans la pièce précédente. La hauteur de la pièce est pensée en fonction de la hauteur du Raspberry mais aussi de l’accès aux branchements. En effet, cette hauteur permet, avec la pièce que nous allons présenter juste après, de passer un voire deux doigts pour faciliter le branchement. Cela est essentiel surtout pour le câble d’alimentation.

Comme pour la précédente pièce, le sens d’impression adéquate est selon Y+.

Couvercle du boitier avec un possible écran tactile 3,5 pouces

Cette troisième et dernière pièce vient finaliser notre boitier. Elle est présente ci-dessous :

Nous remarquons ici la présence d’un trou rectangulaire sur la face inférieure. Ce trou permet l’emplacement d’un écran de 3.5 pouces qui pourrait être relié par exemple en GPIO au Raspberry. Bien sur, ce trou pourrait être adapté en fonction d’autres tailles d’écran. Les deux trous rectangulaires sur la paroi de droite et la paroi du dessous viennent compléter les espaces prévus pour les branchements de la pièce précédente.

De la même manière que pour les deux autres pièces, les deux cylindres permettent l’utilisation de vis M6. Ici nous utilisons ces vis avec un longueur de 55mm. La photo ci-dessous qui suit permet de visualiser l’emplacement de la tête de vis.

Ici aussi, le sens d’impression st selon Y+.

Assemblage du boitier caméra thermique avec le Raspberry

Maintenant que nous avons visualisé la modélisation pièce par pièce, nous pouvons assembler la CAO de notre boîtier caméra thermique dans son ensemble, y compris la visserie.

Le dossier CAO de ce projet avec les pièces créées, les assemblages et les composants importés est téléchargeable au format « zip » avec le lien de téléchargement ci-dessous.