Nordic使用SAADC实现超高精度体温采集

    2019年下半年，打磨了将近四个月的体温计终于在米家上线了，上线后恰逢疫情，销量非常可观，也算是没有辜负当时的呕心沥血。记得当时除了软件之外，主要的问题点包括以下几点：

    1.基于产品的硬件电路设计，LED亮度受到了电流尖峰的影响，导致屏幕在亮屏的时候闪烁，甚至电压尖峰过大的时候，段码也会闪烁。然后导致闪烁的地方有包括广播的时候会产生非常大的尖峰电流，saadc采集的时候也会产生较大的电压波动，然后我们的体温计还采用了主从设计，会扫描我们的另一个电子表产品用于将体温发送到那个产品上显示，扫描的时候也会产生很大的电流波动。绞尽脑汁花了很大的功夫，能消除的尖峰就消除，不能消除的或者采用一些手段降低或者逻辑上避开，最终解决了这些问题。这个是其中一个解决问题的点：https://blog.csdn.net/Lanal11/article/details/100022286

    2.我们使用的是自有的双路NTC对比测温专利技术，与市面上主流的ADC技术有点不一样，选用的Nordic52832有点水土不服，在采集精度与波动性上都不太令人满意。Nordic的国内代理当时对我们这个很上心，为了这个问题不辞劳苦来我们公司访问了很多很多此，还将此问题反馈到北欧的原厂探究可能的解决方案，虽未能通过他们解决这个问题，但是还是特别感谢他们。产品的性能不能因为这些问题打折扣，下了一番苦工之后，我还是通过软件逻辑解决了这个问题。在电阻器件均符合标准的前提下，最终产品不采用任何校准手段即可在恒温水槽中达到达到±0.04℃的精度。较为悲催的是，后边由于疫情导致30K精密电阻缺货严重不得不采用精度更低一些的原料，产品都需要经过校准才可以达到相应的出厂精度。

    这里主要记录的是对于ADC的处理过程，在30K精密电阻符合千分之一精度的时候，此过程可以确保最终采集温度达到相应的测温精度。

    对于产品本身而言，我们想要有一个30秒快速测温的功能，不采用机器学习技术的话，这个需要通过大量的测温数据来拟合出一个算法。然后算法本身当然是数据越密集越好。技术设计上，产品需要每隔100ms采集一次体温用于算法预测体温。这个需求客观上有助于高精准的测温。

    AD部分相关的电路如图，通过一个开关切换，分别采集NTC和30K精密电阻的ad值进行对照，得到NTC的阻值在转换成对应的温度。采集方式上，这里既可以连续采集或者多次重复单次采集都是可以的，我这个后边为了便于调试，都是采用的多次重复单次采集的方案。

    由于对精度要求比较高，这里包括各种采集前的校准以及参数调优等都是必须做的，但是这些还不够。这里的话，我对采集到的数据做了一定的处理，这些处理最终保证了拿到的温度数据足够的精准和稳定。

    首先使用官方的示例代码校准AD值。然后初始化config的时候，设置使用了12位的resolution，并且将单次采集时间调整到最大，这样会保证单次采集有足够的精度。

    我们的需求是每100ms可以给算法一个数据，然后每秒钟刷新一次屏幕上的温度（算法只处理预测阶段的数值）。

    结合需求，这里会开启一个100ms的timer，然后每次回调都会分别采集64次NTC的ad值以及30K对照电阻的ad值。这里的话，理论上交替采集效果会更好点，可以更好的平均电压波动导致的误差，但是实际测试中发现各自采集64次和交替采集64次，表现基本一致。采集的次数可以拉的更多，但是体温计本身使用的CR1620的电池无法支持如此大的功耗。

   然后数据处理上，这里一个回调会采集到各64组数据，分别对其排序，然后刨除掉前后各30组数据，保留中间4组取平均值，然后根据公式计算NTC阻值。这里也可以先计算出64组NTC的阻值再过滤取平均值，表现基本一致。然这个显示到屏幕上的时候，是每秒刷新一次，取值为前一秒钟10次测温的平均值，相当于每秒钟执行了6400*2次ad采集才得到一个数值。

    对于进一步提高精度和数据稳定性的思考？通过我们的实际遭遇，目前使用的方案对于30K精密电阻的以及NTC的精度要求都比较高，一旦来料品控不够，就回导致测量精度下降。这里对于来料精度不够的情况，我们最终是通过一个校准的步骤，在出厂前的水槽测试中，补偿上一个相对的值。但是补偿只能提高精度，无法修正稳定性。后来整理资料的时候想到，芯片本身已经提供了多通道采集，相比于我们目前采用的两个单端采集+开关切换的方案，多通道+差分采集方案是否可以产生更稳定的数据呢？限于我对电路知识的匮乏，无法得出确定的结论，但是咨询Nordic的工程师，他们是认为有可能会得到一定的改善的。不过想法归想法，该提出的建议都提了，真做起来还得改电路还要花费不少的时间来调试，都需要产品经理权衡。