打破流言,我的额温枪方案……成本不到4元

“这个市场已经疯了,彻底疯了”。

因为前几天《芯扒客》发表了一篇文章《复工潮来临,急需大量温枪,红外温度传感器盘点》,因此不少买卖额温枪和温度传感器的朋友都找上门来。

一位在电子行业浸淫近50年的骨灰级工程师赵工最近对《芯扒客》记者表示,现在的行情很可怕,一些找他做方案的客户,价钱都不谈直接就先打过来订金。

然而最近出现一个流言: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。

据了解,目前市面上12比特ADC的单片机市场供应充足,但是24比特ADC的单片机已经是缺货状态,这让24比特单片机成为温度传感器后另一紧缺的物料。

针对这一流言,实战派赵工专门做了一个样机,用实践进行了辟谣:

结论是,通过非紧缺料12比特ADC的单片机完全可以做出额温枪,并且该方案出去温度传感器,包括升压芯片LDO在内,整体方案成本不到4元。

以下为赵工为实验撰写的原文《额温枪必须用24比特ADC的单片机才能做出来吗?,经授权首发于《芯扒客》:

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!

正月十五后,随着各个公司开工,出现了额温枪一枪难求的局面。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。

因此,额温枪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。

常见的额温枪方案设计结构

我最后一次看到如上图这样设计的产品,应该还是1996~1997年时的电子小鸡。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。现在居然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。一周以前有人找我要额温枪方案,那个时候还谈谈价。

昨天夜里已经很可怕了,有人打电话过来,直接说他要做30万个,我报什么价都可以。我刚说考虑考虑,人家立刻给我转了几万块钱来。

这个市场已经疯了,彻底疯了!

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的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的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?

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。

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,Low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!

 

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。

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比特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。

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