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用24比特ADC的单片机能够做出来额温仪吗

 

        针对流言,我写了一篇《额温枪必须用24比特ADC的单片机才能做出来吗?》。

 

        发在朋友圈后,获得了美国的资深模拟电路设计专家的肯定。感到很欣慰。

 

        但是,同时也有一些其他的观点。

 

        有人讽刺我没做过。

 

        针对这个,很简单,我连夜做一个样机出来让这些没见过高手的人见识见识什么是高手,扇死它们

 

        还有人,应该是好心的,告诉我说,你用12比特ADC的单片机是做不出来的,还顺手给我发了一张用24比特单片机来做额温枪的设计图,附带了电路图中所使用的芯片的规格书。

 

        电路图就不说了,除了不能用来做真的额温枪外,看不出来有什么明显的BUG,毕竟额温仪的工作原理很简单,测一下数据,换算一下,显示。所以,电路图随便画画,连上线,给芯片加几个104,做DEMO就是可以的啦。原版电路图大概就是属于这样的DEMO。工作时,用3.3V的直流电源,给DEMO供电;然后DEMO板上有一个24比特的ADC和探头连接;然后有一个带有24比特ADC的单片机连接在这个24比特的ADC上;然后,单片机驱动一块液晶屏进行显示。

 

        粗看上去,这个方案没有什么问题的。开关也都连在了开关上,液晶也都连在了液晶上,蜂鸣器控制也连在蜂鸣器控制三极管上,甚至连LED控制也都连接在了LED控制三极管上。

 

        仔细看的话,会发现,DEMO只能用直流电源供电,如果用电池的话,很快LED背光就只有一点点隐隐乎乎的亮光了;其次,推动LED、蜂鸣器的那些脚,都没有串接电阻,直接连接到三极管上了,这样,在亮灯时或者蜂鸣器叫唤时,怕单片机不能够承受从管脚流向三极管基极的硕大电流。不过这些,对于不怎么懂得单片机应用的单片机设计公司来说,也不算什么明显的问题,毕竟可以改嘛!加个升压,控制管上串个电阻或者80503400,搞定!

 

        然后我看了看附带的芯片说明书。然后感觉特别不能理解。

 

        规格书表明,这个ADC芯片在对信号进行了一定的放大后,有16微伏的失调误差。如果不放大,则会有200微伏的失调误差。

 

        作为工程师,一般来说,我们不必关心失调误差背后的机理,那些是芯片设计人员需要考虑的,我们仅仅了解一下这个数据和我们的系统的关系就可以了。

 

        下面是某个灵敏度为 125V/W 的探头的温度和输出电压关系对照

 

 图片2.png

 

 

        只从这个表上面来看,数据还是很乐观的,相差0.1度的温度时,信号高达9uV。但是在实际的应用中,因为探头的半衰角很大,通常都有100多度,也就是说,你照额头时,会将头发、眼睛什么的都照在探头的视野里,影响测量。为了能够准确的获得额头上某个点的温度,通常会在探头前面加装一个套筒,减少探头测量面积。这样一来,探头的大部分视野中就没有了信号,会使相差0.1度温度时,只有2uV 上下的信号了。

 

        假定0.1度的温度差会使探头产生2uV的信号,那么,ADC上面的漂移就不可忽视了。16uV的漂移,会带来0.8度的温度漂移;200uV的漂移会带来10度的温度漂移。

 

        当然,这个漂移并不可怕,当年哥做的CD伺服板上,有好几个放大器还有PLL电路。全都要靠工人看着示波器调整板上的三个可调电阻来消除这个漂移。效果还不错!

 

        如果使用软件调整的话,只要搞个2点甚至3点的校准,就有可能完美的消除这个0漂。

 

        但是,探头上面的热电堆,是一个很高的内阻的信号源,还拿刚才那个探头来说吧。

 

 无标题.png

 

        内阻高达350K。还有正负20%的偏差和0.06%每度的温度漂移。

        

        350K什么概念呢?

 

        其实,那些鼓吹24ADC的,他们的所谓的24ADC,其实并不是什么24ADC,准确的说,这只不过是一个电子秤的传感器罢了。我经常用。

 

        比如说,在春节前,我就正好用这种24ADC”芯片,做了一个健身环。

 

 微信图片_20200331231352.jpg

 

        红圈里,就是所谓的24ADC

 

        看到这,你会不会有一种要发的感觉呢?

 

        大家需要额温枪方案,而我正好做了一些带有24ADC和单片机的板子,理论上,我不需要搞什么仿真板之类的,我立马飞线到我的环板上,连夜就能搞出来一个额温枪方案了!!!

 

        其实不然。

 

        已经是2910年了,做什么事情前,最好还是先做一下仿真,然后再动手,就能少走弯路。

 

 图片1.png

 

        仿真的结果是,这些做电子秤的低档芯片,输入阻抗很低,因为他们要对付的是阻抗只有几十个欧姆到300个欧姆的低阻应变片,并且这些应变片从交流信号的角度来说,还是并联在在一起的。所以,就算这些芯片的输入阻抗只有1M欧,用来对付内阻150欧的信号源,因为信号源内阻带来的误差,也是可以忽略的。

        

        但是,到了额温枪传感器上的时候。噢,卖,卖疙瘩!350K

        

        这个信号源内阻就要了命了,会和ADC输入阻抗分压,带来百分之好几十的误差。

 

        当然,这个误差不是最要命的,依然有办法在设计中消除。要命的是,这个内阻居然还有相差正负20%的误差,还有温漂!!!

 

        怎么样才能够在设计中,消除掉这些因为使用电子秤芯片带来的无聊的误差呢?

 

        算了吧,天才如哥般的人,也只好放弃了连夜就发财的念头,没敢用24位的ADC去做额温枪。

 

        那么,一定会有人问,人家别人就是用24ADC干的,还干出来了!

 

        噢,卖,卖疙瘩。

        还有人在自己家里做出中华呢,你行不?





作者 赵志斌

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