海康威視熱成像儀H11拆解：價(jià)格親民， 國(guó)產(chǎn)芯片自主創(chuàng)新發(fā)威

紅外熱成像儀最開始起源于軍用，逐漸才轉(zhuǎn)為民用，放在十多年前，熱成像儀基本都算高端的儀器，價(jià)格也非常昂貴，動(dòng)輒幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)。不過(guò)，這種情況在最近幾年有了很大的改善。一方面是因?yàn)閲?guó)內(nèi)不少?gòu)S商都陸續(xù)突破了紅外探測(cè)器技術(shù)，像?？低暋⒏叩录t外等；另外一方面，熱成像儀的應(yīng)用領(lǐng)域也拓展了，除了軍用，現(xiàn)在的工業(yè)、電力、樓宇等領(lǐng)域都有熱成像儀的影子，甚至說(shuō)網(wǎng)上很多電子產(chǎn)品評(píng)測(cè)的自媒體博主都人手一個(gè)熱成像儀，而熱成像儀從小眾走向大眾最重要的一個(gè)因素就是價(jià)格降下來(lái)了。

比如本期貿(mào)澤電子爆款拆評(píng)要拆解的這款?？低暤臒岢上駜xH11，優(yōu)惠下來(lái)的價(jià)格只要1000多元。從外觀看，H11中規(guī)中矩，基本和一些傳統(tǒng)入門級(jí)的熱成像儀一個(gè)造型。在參數(shù)上，H11擁有160*120的分辨率（探測(cè)器的分辨率），量程在-20℃到350℃，搭載了一塊3.2英寸的LCD屏，內(nèi)置了4GB的存儲(chǔ)，采用可充電鋰電池供電，可以直接通過(guò)USB TYPE-C接口線充。H11為什么能做到這么親民的價(jià)格呢？?jī)?nèi)部用的又是什么硬件方案呢？是不是非常好奇，拆解一探究竟。
 

拆解

熱成像儀的使用體驗(yàn)以及拆解過(guò)程可以觀看視頻，文章內(nèi)容主要來(lái)剖析H11拆解后的硬件情況。拆解完內(nèi)部的硬件主要是兩個(gè)部分：紅外探測(cè)器模組以及PCB主板。

• 紅外探測(cè)器模組

將紅外探測(cè)器模組再次拆分后可以看到內(nèi)部的電路以及結(jié)構(gòu)。

紅外探測(cè)器采用的是海康威視自家的非制冷氧化釩長(zhǎng)波紅外焦平面陣列，160*120分辨率，采用COB的封裝，直接貼片在PCB板上。自研自產(chǎn)的探測(cè)器打破了國(guó)外壟斷的局面，走出了堅(jiān)實(shí)有力的一步。與探測(cè)器配套的是紅外鏡頭，主要是用于接收和匯聚被測(cè)物體發(fā)射的紅外輻射。

而在探測(cè)器與紅外鏡頭中間有一個(gè)“黑匣子”結(jié)構(gòu)，不出意外應(yīng)該是紅外熱成像儀的擋片切換電路。擋片內(nèi)置于鏡頭和探測(cè)器之間，目的是為了適應(yīng)探測(cè)器的測(cè)溫缺陷而存在的。尤其是入門級(jí)的熱成像儀，無(wú)法根據(jù)外界的溫度和濕度進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，所以熱成像儀觀測(cè)一段時(shí)間或者觀測(cè)的溫度變化時(shí)需要通過(guò)擋片遮擋來(lái)重置探測(cè)器參數(shù)，達(dá)到測(cè)溫和圖像校準(zhǔn)的目的。當(dāng)然，也有高端的沒有擋片的熱成像儀，但是往往價(jià)格很昂貴，這就不在本期視頻中討論了。

另外可以看到紅外探測(cè)器模組小板上還有其余的一些器件，旺宏的32MB SPI FLASH  MX25L25645GZ2I以及信號(hào)鏈的一些芯片。所以整個(gè)紅外探測(cè)器模組的功能就是將熱輻射信號(hào)變成電信號(hào)，傳輸?shù)絇CB主板上處理。

• PCB主板電路

PCB主板正面是一塊3.2英寸的LCD屏幕，屏幕下方有一顆蜂鳴器，用于溫度過(guò)熱提示報(bào)警；而主要的電路都布局在PCB背面，包括接收、處理控制的核心電路以及一些外設(shè)接口電路。

PCB主板背面中間幾顆大的芯片分別為英特爾的cyclone 10 FPGA、東芝的eMMC 5.0存儲(chǔ)以及?？低暤腟oC：

• 英特爾FPGA芯片型號(hào)為10CL016ZU256I8G，采用了256pin腳的BGA封裝，具備15408個(gè)邏輯單元，屬于面向工業(yè)級(jí)領(lǐng)域的產(chǎn)品；
• 東芝存儲(chǔ)芯片的型號(hào)為THGBMDG5D1LBAIT ，為4GB的eMMC5.0，主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)固件以及拍攝的熱成像圖片；
• 海康威視的SoC為筆者推測(cè)的結(jié)果，未查到具體的功能，但結(jié)合整個(gè) PCB 布局的器件以及外擴(kuò)功能來(lái)看，猜測(cè)這顆SoC可能集成了一到兩顆ARM的處理內(nèi)核，集成了像圖像/視頻 DSP，并且集成眾多外設(shè)像 UART、SPI、SDIO 接口等。

從硬件方案來(lái)看，英特爾的cyclone 10 FPGA芯片主要作為接口電路芯片，一方面接收來(lái)自紅外探測(cè)器輸出的數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)會(huì)暫時(shí)緩存在FPGA的部分SRAM中，當(dāng)采集完一幀紅外圖像數(shù)據(jù)后再傳輸?shù)胶？低暤腟oC中。SoC將處理來(lái)自FPGA的數(shù)據(jù)，并通過(guò)LCD的接口輸出到屏幕上顯示。所以看了這個(gè)硬件方案，英特爾的cyclone FPGA + ?？低昐oC是否可以直接用AMD的Zynq系列SoC來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？畢竟Zynq系列SoC本身就包含了基于Arm內(nèi)核的處理系統(tǒng)以及可編程邏輯單元，有想法的小伙伴可以留言討論。

除了核心的傳輸、處理電路，PCB主板上還包括電池供電的電源管理電路以及鋰電池充電電路。

電源管理電路的核心硬件方案采用德州儀器的電源管理芯片TPS63020。這是一顆工業(yè)級(jí)的高性能升降壓芯片，可以在支持1.8V~5.5V的寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)大電流和高效率。也就是說(shuō)，無(wú)論是1.8V、2V、3V這些低輸入電壓，它的輸出都可以固定，所以特別適合電池放電的應(yīng)用，因?yàn)殡S著電池的放電，電壓是會(huì)下降的，使用這顆芯片就能夠提高電池的效率，盡可能的榨干電池電量。

而鋰電池充電電路采用的是國(guó)產(chǎn)芯片的方案，圣邦微電子的鋰電池充電管理芯片SGM41511。可以支持3.9V~13.5V的寬電壓輸入，因此也適合除了5V USB充電外的其它應(yīng)用，如車充，墻壁上的電源適配器等。此外它還支持USB OTG功能，可以實(shí)現(xiàn)最大1.2A的輸出；可以通過(guò)I2C接口可以配置不同的工作模式；整個(gè)芯片也集成了過(guò)溫過(guò)壓等保護(hù)功能。

?？低旽11熱成像儀中主要涉及到的一些芯片參考如下：

小結(jié)

看完海康威視H11熱成像儀的硬件解決方案，從功能來(lái)說(shuō)，這個(gè)熱成像儀主要分為5個(gè)部分。首先是紅外探測(cè)器模組，其中采用了?？低曌约业募t外探測(cè)傳感器；其次是接口傳輸以及數(shù)據(jù)處理顯示，這部分用到了英特爾的FPGA以及?？低曌约业腟oC；然后是電池充電電路以及系統(tǒng)電源管理部分，分別用到了圣邦微電子的充電管理芯片以及德州儀器的電源管理芯片。

從元器廠商分布來(lái)看，國(guó)產(chǎn)芯片廠商數(shù)量要占大頭，但是對(duì)比國(guó)外半導(dǎo)體廠商的產(chǎn)品，還有提升空間，比如采用的英特爾FPGA、東芝存儲(chǔ)以及德州儀器電源管理這些芯片類型恰好是國(guó)產(chǎn)芯片的短板。不過(guò)，作為一個(gè)以整機(jī)為主的產(chǎn)品方案廠商，?？低曇膊粩?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E8%87%AA%E7%A0%94%E8%8A%AF%E7%89%87/">自研芯片來(lái)應(yīng)對(duì)來(lái)自復(fù)雜多變的供應(yīng)鏈的挑戰(zhàn)，相信看到這里的小伙伴也能明白為何?？低暤臒岢上駜x可以做到1000多人民幣的價(jià)格，畢竟核心的紅外探測(cè)傳感器、核心的處理控制SoC都是海康威視自研自產(chǎn)的。若國(guó)產(chǎn)芯片廠商在持續(xù)投入自研芯片的同時(shí)，另辟蹊徑，能重點(diǎn)加強(qiáng)芯片功能的差異化創(chuàng)新，那么相信用不了多久，市面上會(huì)出現(xiàn)更多像海康威視熱成像儀一樣更具有性價(jià)比的產(chǎn)品，而最終受益的都是我們這群消費(fèi)者。