挑戰50年骨灰級工程師,12位ADC真的可以做額溫槍嗎?

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額溫槍主要由傳感器、ADC、MCU、液晶顯示屏、電池等元器件組成。其工作原理是傳感器模塊進行溫度採集,並轉化為電信號,ADC隨之將電信號轉換為數字信號,而後通過通信接口傳輸到MCU。MCU通過數字溫度傳感器採集當前環境溫度,對傳輸的溫度數字信號進行相應溫度補償處理,並把修正後的溫度作為當前記錄編號存儲,進行相應的顯示。前幾天《芯扒客》針對MCU發表了一篇署名文章《復工潮來臨,急需大量溫槍,紅外溫度傳感器盤點》,針對目前市面上出現的傳言進行反駁:“額溫槍因為信號微弱,必須要使用24比特ADC的單片機才能夠做的出來。”

文章一出,不少人發來反饋,有支持作者的,認為12位ADC單片機是可以做額溫槍的。

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也有一些讀者提出了質疑,認為精度無法達到。

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對 《打破流言,我的額溫槍方案……成本不到4元》一文的質疑?

於是有一位工程師特意發過來一篇稿子,對這篇文章進行了分析討論,同時提出質疑,以下為原文摘錄:

這幾天看《芯扒客》公眾號,突然看到一篇文章,提到有12bit和24bit這兩種分歧,之前我是聽說做額溫槍必須要用24bit的ad,看到有人發文說12bit的ad也可以用來做額溫槍,所以有點感興趣。

由於之前我是沒有用過這種紅外測溫芯片,對其參數也不瞭解,所以沒怎麼深究過原因。

於是稍微研究了一下,這裡發文討論一下:

首先,說一下該推文的論證思路。

1、從額溫槍的靈敏度來看

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作者說的這一點其實挺有道理的,因為檢測的幅度確實有時只有特別低的功率。

雖然我翻遍了整個Datasheet也沒有看到關於額頭給感應器的功率有多少,作者這個值是怎麼得來的。

625uV,0.1°時候的5uV是怎麼算的,也沒說明白。

所以更不用說這種計算邏輯。

2、作者隨後自己做了個仿真,企圖通過自己設計的電路圖來證明


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別的不看,我們直接先看這個數據:

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他這裡的出來的結果時1.7mv可以直接代表0.1°的變化。

adc的通用計算3300mV/4096=0.8mV

然後根據,上面兩個,

(0.8*0.1)/1.6=0.05,得出可以做到0.05°。

那麼同理,按照他這個邏輯,變化10°時候,我是不是可以認為變動是17mV。

請記住這個設定。

我去找了一些紅外溫度探測,發現他們是基於熱電堆原理來實現的。

25°C環境溫度下熱電堆信號與物體溫度的關係的圖紙。

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通過這個圖紙我們可以看出,在25°到100°的物體溫度檢測範圍時,堆電熱信號變化範圍為0到5mV。

那麼同理換算。5/75=0.06mV,也就是0.06mV每度。

同理,0.1度即為0.006mV。

3300mV/ 2^24 = 0.00019mV

這個就是24位AD所能檢測到的精度。

然後16位精度的ad能夠檢測到的精度。如下

3300mV/ 2 ^ 16 = 0.05mV

也就是說16位的大概能夠檢測0.8°。

上面這個還只是相對精度,還要進行換算。才能得到更高的精度。

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通過這個公式,我們可以看出,Vout是熱電堆的輸出電壓,Ts是通過熱敏電阻來經行檢測的的熱電堆的環境溫度,在上上圖中,使用的是25°。A是比例係數(包括了電阻校正,涅耳透鏡,距離。)

所以A這個校正的算法就是決定了各個廠家在各種情況下保證精度的核心算法。

而你要準確的測量到對應的溫度,輸入值也必須要正確。

所以最終結果是,使用12bit的adc是不足夠的。

一把優秀的額溫槍,傳感器性能、ADC精度、算法缺一不可

據統計,目前市面上的額溫器單片機供應商主要包括:華大(HDSC)、臺灣合泰(HOLTEK)、新唐、紘康、松翰、芯海等,儘管市場已經非常火爆,然而瑞薩、NXP、ST這些歐美大廠似乎反應還比較慢,還沒有真正關注這一塊市場。

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相對於漲幅100倍的溫度傳感器,單片機似乎並不是那麼緊缺,可以預測,今年的額溫槍市場可能是臺廠和國產MCU的一個重要機會。以往額溫槍屬於小眾市場,一年出貨量約1000多萬左右,基本每月200萬的產能保證即可。根據臺媒《經濟日報》消息,僅臺廠盛群一家的額溫槍槍MCU的出貨量將超過1500萬顆,與去年的200萬顆相比,增加超過6倍。

國產廠商芯海則抓住機會在2月份一口氣推出三款24位ADC和MCU組成的方案,這三款ADC在高端體重體脂秤、人體成分分析儀等得到廣泛應用,與MCU一起“作戰”的優勢在於適配主流的熱電堆傳感器,加上配套的溫度補償算法實現了高精度。芯海科技(深圳)股份有限公司董事長盧國建就對媒體表示,如果集成的ADC精度性能不夠的話,一般的傳感器性能無法滿足測量要求。

也就是說,要做成一把性能優良的額溫槍,除了溫度傳感器外,算法、ADC精度缺一不可。


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