概述
额温枪主要由传感器、ADC、MCU、液晶显示屏、电池等元器件组成。其工作原理是传感器模块进行温度采集,并转化为电信号,ADC随之将电信号转换为数字信号,而后通过通信接口传输到MCU。MCU通过数字温度传感器采集当前环境温度,对传输的温度数字信号进行相应温度补偿处理,并把修正后的温度作为当前记录编号存储,进行相应的显示。前几天《芯扒客》针对MCU发表了一篇署名文章《复工潮来临,急需大量温枪,红外温度传感器盘点》,针对目前市面上出现的传言进行反驳:“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。”
文章一出,不少人发来反馈,有支持作者的,认为12位ADC单片机是可以做额温枪的。
也有一些读者提出了质疑,认为精度无法达到。
对 《打破流言,我的额温枪方案……成本不到4元》一文的质疑?
于是有一位工程师特意发过来一篇稿子,对这篇文章进行了分析讨论,同时提出质疑,以下为原文摘录:
这几天看《芯扒客》公众号,突然看到一篇文章,提到有12bit和24bit这两种分歧,之前我是听说做额温枪必须要用24bit的ad,看到有人发文说12bit的ad也可以用来做额温枪,所以有点感兴趣。
由于之前我是没有用过这种红外测温芯片,对其参数也不了解,所以没怎么深究过原因。
于是稍微研究了一下,这里发文讨论一下:
首先,说一下该推文的论证思路。
1、从额温枪的灵敏度来看
作者说的这一点其实挺有道理的,因为检测的幅度确实有时只有特别低的功率。
虽然我翻遍了整个Datasheet也没有看到关于额头给感应器的功率有多少,作者这个值是怎么得来的。
625uV,0.1°时候的5uV是怎么算的,也没说明白。
所以更不用说这种计算逻辑。
2、作者随后自己做了个仿真,企图通过自己设计的电路图来证明
别的不看,我们直接先看这个数据:
他这里的出来的结果时1.7mv可以直接代表0.1°的变化。
adc的通用计算3300mV/4096=0.8mV
然后根据,上面两个,
(0.8*0.1)/1.6=0.05,得出可以做到0.05°。
那么同理,按照他这个逻辑,变化10°时候,我是不是可以认为变动是17mV。
请记住这个设定。
我去找了一些红外温度探测,发现他们是基于热电堆原理来实现的。
25°C环境温度下热电堆信号与物体温度的关系的图纸。
通过这个图纸我们可以看出,在25°到100°的物体温度检测范围时,堆电热信号变化范围为0到5mV。
那么同理换算。5/75=0.06mV,也就是0.06mV每度。
同理,0.1度即为0.006mV。
3300mV/ 2^24 = 0.00019mV
这个就是24位AD所能检测到的精度。
然后16位精度的ad能够检测到的精度。如下
3300mV/ 2 ^ 16 = 0.05mV
也就是说16位的大概能够检测0.8°。
上面这个还只是相对精度,还要进行换算。才能得到更高的精度。
通过这个公式,我们可以看出,Vout是热电堆的输出电压,Ts是通过热敏电阻来经行检测的的热电堆的环境温度,在上上图中,使用的是25°。A是比例系数(包括了电阻校正,涅耳透镜,距离。)
所以A这个校正的算法就是决定了各个厂家在各种情况下保证精度的核心算法。
而你要准确的测量到对应的温度,输入值也必须要正确。
所以最终结果是,使用12bit的adc是不足够的。
一把优秀的额温枪,传感器性能、ADC精度、算法缺一不可
据统计,目前市面上的额温器单片机供应商主要包括:华大(HDSC)、台湾合泰(HOLTEK)、新唐、纮康、松翰、芯海等,尽管市场已经非常火爆,然而瑞萨、NXP、ST这些欧美大厂似乎反应还比较慢,还没有真正关注这一块市场。
相对于涨幅100倍的温度传感器,单片机似乎并不是那么紧缺,可以预测,今年的额温枪市场可能是台厂和国产MCU的一个重要机会。以往额温枪属于小众市场,一年出货量约1000多万左右,基本每月200万的产能保证即可。根据台媒《经济日报》消息,仅台厂盛群一家的额温枪枪MCU的出货量将超过1500万颗,与去年的200万颗相比,增加超过6倍。
国产厂商芯海则抓住机会在2月份一口气推出三款24位ADC和MCU组成的方案,这三款ADC在高端体重体脂秤、人体成分分析仪等得到广泛应用,与MCU一起“作战”的优势在于适配主流的热电堆传感器,加上配套的温度补偿算法实现了高精度。芯海科技(深圳)股份有限公司董事长卢国建就对媒体表示,如果集成的ADC精度性能不够的话,一般的传感器性能无法满足测量要求。
也就是说,要做成一把性能优良的额温枪,除了温度传感器外,算法、ADC精度缺一不可。
最后
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