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额温枪必须用24比特ADC的单片机才能做出来吗?

        春节后,随着疫情的发展,出现了一罩难求的局面。为了买到口罩,每次都得戴着口罩去买,结果是我在浪费了五个宝贵的口罩后,一个口罩也没买到!

        十五后,随着各个公司开工,出现了一枪难求的局面。额温枪从以前淘宝上卖3、40块钱,涨到了出厂价350甚至450。

        之所以有这样的情况发生,最关键的原因还是因为供求关系发生了变化。根据工信部的数据,额温枪每年的产量才30万台,假设每个主控芯片可以赚2块钱吧,那一年也才能靠这个产品赚60万块钱,这个数量感觉只能作为一个不大的半导体公司的一个副业,作为主业的话,只能支撑起那种两个人的半导体公司。

        也所以,额温枪这个产品成了最为节省成本的一个产品——主控芯片舍不得花钱封装,全都是绑定的;液晶片舍不得装管脚,全都是斑马条的。

                             典型的额温枪内部图.jpg

        我最后一次看到这样设计的产品,应该是1996年还是1997年时的电子小鸡了。这样的结构,通常都是出现在量非常大,质量非常差,利润非常薄的产品上的,出现在额温枪这种医疗产品上,真的不应该。

        因为产品需求突然增大,额温枪所需要的零部件迅速涨价,热电堆红外感应器从2、3元涨到了令人惊讶的88元甚至128元,主控从我不知道的几元钱涨到了70元。

        立刻,深圳人民行动了起来,大批的人开始搞额温枪方案了。

        这期间,各种流言如同前些天有关疫情的各种谣言一样,四起!最典型的一个流言,就是额温枪因为信号微弱,必须要使用24比特ADC的单片机才能够做的出来。以至于我在微信群里看到有网友说,有30多个人找他求购24比特ADC的单片机,所有人都是想找个24比特ADC单片机来做个额温仪方案,顺手赚他一笔,所以这种单片机的价格也开始。

        那么,这个流言到底是谣言还是属实呢?

        从阴谋论的套路出发,我首先就怀疑这肯定是那些有24比特ADC单片机的国内半导体公司编造的谣言。

        但是,作为一个学习小学算术长达50年的人,我本能地认为,我还是应该先计算一番,然后再怀疑人家是在造谣,不能无根据的怀疑人家造谣。特别滴,作为一个动手能力和动脑能力特别强的资深工程师,更是应该在算完算术后,直接使用实际测试来狠狠滴辟谣!

        原话我忘记了,我隐约记得造谣的说的是“红外感应器的输出信号很低,所以需要使用具有24比特ADC的单片机来做”。

       这句话有错吗?

      如果抛开具体设计,只讨论这句话,也许答案会是“没毛病”。

      通过简单的计算我们就可以知道,从理论上来说,24比特ADC的单片机,精确程度比12比特ADC的单片机足足高了4096倍,假如12比特ADC的单片机能够解析变化程度为1毫伏的信号,那么,24比特ADC的单片机,可以解析变化低至0.25微伏的信号!好神奇!

        0.25微伏信号什么概念呢?话题切回额温枪上使用的热电堆温度传感器吧。

        这种传感器的信号很微弱,具体的衡量指标,一般在规格书里都有标明,例如,100V/W。天哪!100V还能叫微弱吗?

                               热电堆参数.png



        是的,因为如果你把感应器靠近你的额头,你的额头能够辐射给这个传感器多少功率呢?

       理论上,如果你的额头能够给感应器辐射过去1W的能量,那么,这个传感器就能输出100V,直接烧坏你的主控!

       很遗憾,额头没那么厉害,额头能够辐射给感应器的功率,只有0.000005W。所以,信号只有500微伏。特别滴,当需要测量出来你的额头变化0.1度时,信号变化只有5微伏。当传感器视角受到限制时,碰到灵敏度只有40V/W的传感器时,这个信号不幸只有1微伏多些。

       看到这里,你一定会欣喜若狂了吧?我有24比特ADC的单片机,能够分辨的信号,低达0.25微伏,1.5微伏的信号嘛,LSB上足足有6那么大的数据,足以分辨!只要简单的搞个24比特ADC的单片机,别说什么分辨率0.1度了,0.02度都不是梦!

       可惜,马克思同志告诉我们说,事物都是一分为二的,任何事情只要有好的一面,就一定有其坏的一面。

       这种东西的最大缺点,就是——少!

       我甚至怀疑,这玩意如果是国产的,如果不幸正好那些做手机的没有拼命的非要卖体重秤,每年的销量会不会比“原装”的额温仪芯片的销量大!如果销量不大、现货不多,那么,已经有了“原装”芯片了,干嘛要费事用同样没货的24比特ADC的单片机呢?

        也就是说,如果非要搞个24比特ADC的单片机,非要花300万订一个月以后的200K货,那还真不如直接去订“原装”的绑定DIE了呢!连等待封装的时间都不需要,立刻买买买。

        简单一句话,用一颗可能比待替代料更紧张的料,去替代待替代料,楼比!

        对了,感觉扯的有点远了,我们本来是要讨论是不是要用24比特ADC的单片机才能做出来额温枪,对吗?

        下面,利用我熟练使用了50多年的算术,算算。

        等到真算时,才发现,可能就是因为算了50多年算术了,对大脑损伤很大,算的没那么精确了,干脆,直接上仿真!


热电堆仿真图.png


        仿真时,输入信号可以根据对应热电堆每0.1度温度变化时的输出电压变化来考虑。考虑到光学系统的损失,可以按照这个数据的一半来计算。在100V/W灵敏度的探头下,热电堆输出电压变化大约是10微伏,仿真时使用5微伏。

热电堆输出.png



        好了,我们有了结果了!

       输出电压的变化是 827.3mV - 825.6mV = 1.7mV

      当 ADC 转换参考电压为 3.3V时,12位ADC的分辨率为 3300mV/4096 = 0.8mV

      也就是说,能够探测到0.05度的体温变化。

      12比特ADC足以胜任!

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