智能數字實驗系統的製作方法
2023-06-01 20:24:21 2
專利名稱：智能數字實驗系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能數字實驗系統，適用於測量各種信號數據的系統，包括電流、電壓、氣壓、力、磁場、溫度以及光強等的測試系統。
背景技術：
以前，在中學的實驗室裡，是用分立的實驗儀器來做試驗，測量一種數據，要換一種儀器，不僅實驗不靈活方便，而且實驗場所也只能限制在實驗室內。目前(在先技術中)，在實驗室內出現了一種數字實驗系統，但它存在著測量精較低，人機交換比較複雜，不具備可攜式離線測試功能，或者離線時操作時間短，存儲量較低以及與計算機接口較少，測量不方便等問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種智能數字實驗系統，能夠克服上述在先技術中存在的問題。
本發明所採取的技術方案是提供一種智能數字實驗系統，包括顯示屏，計算機，總供電電源，分別與顯示屏和計算機相連接的控制線路，置於控制線路上的總控制器，連接於總控制器與計算機之間的USB接口，連接到總控制器上的存儲器、I2C總線和模擬光電耦合器，與I2C總線相連接的多芯端子，置於控制線路上與總供電電源相連接的兩個電源模塊，連接到多芯端子上的智能傳感器。
所述的智能傳感器包括連接到多芯端子上的帶有多腳接口的傳感器控制器，連接到多芯端子上的信號調理電路，與信號調理電路相連接的被測信號輸入源。
如上述本發明的結構，當使用本發明實驗系統時，計算機通過USB接口向總控制器發出指令，同時，將所要測量數據相對應的智能傳感器，比如要測量氣壓信號，就將智能氣壓傳感器插入多芯端子上，智能傳感器內的信號調理電路接收到來自被測信號輸入源(可以是與被測信號「氣壓」相對應的普通氣壓傳感器)的被測信號，並將其被測信號歸一化為統一標準信號如0～5V，此標準信號通過多芯端子和I2C總線，輸進到總控制器，總控制器將其電壓模擬信號轉換為數位訊號，並經過計算比對後，將最終結果的數位訊號轉換為所要求測量的信號值比如電壓值、電流值、氣壓值、壓力值、溫度值、光強值等，再將此測量結果顯示在顯示屏上，並存儲在存儲器內或者通過USB接口輸出到計算機上，或列印等。所述的智能傳感器內包括的傳感器控制器內，存儲有傳感器的身份信息，自檢信息，校驗信息，校驗碼等，能夠在線檢測和在線調試。
如上所述的本發明的實驗系統效果顯著。
●如上述的結構，因為本發明內包括置於控制線路上的總控制器，它能夠完成各種所要測量信號的顯示，存儲和輸出；●本發明因為通過多芯端子，可以同時接入多種智能傳感器，智能傳感器能夠真正實現即插即用；●本發明因為包括連接於總控制器上的模擬光電耦合器，它能夠將來自電源模塊上的模擬信號的幹擾隔離掉，使其總控制器輸出的被測信號值更準確，測量精度更高；●本發明因為採用的是智能傳感器，智能傳感器內包括傳感器控制器，能夠在線檢測傳感器運行狀況，在線檢測，在先調試，能夠自校，通過校準和補償，能夠使傳感器的精度提高10％以上；●本發明因為包括置於控制線路上與總供電電源相連接的兩個電源模塊，這兩個電源模塊即使與總供電電源斷開，也能獨立地較長時間地供電給實驗系統，維持試驗系統的運行；●綜上所述，本發明的實驗系統結構簡單，可以製成可攜式的實驗系統，含有USB接口與計算機連接方便，含有多芯端子，與智能傳感器連接方便，所以本發明使用的場所廣泛，不僅僅限制在實驗室內使用。
圖1是本發明實驗系統的結構示意圖；圖2是圖1中智能傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步，說明本發明的結構特徵。
如圖1所示，本發明實驗系統包括顯示屏1，計算機3，總供電電源5，分別與顯示屏1和計算機3相連接的控制線路2，置於控制線路2內的總控制器201，連接於總控制器201與計算機3之間的USB接口，連接到總控制器201上的存儲器203、I2C總線204和模擬光電耦合器206，與I2C總線連接的多芯端子205，置於控制線路2內與總供電電源5相連接的第一電源模塊207、第二電源模塊208，與多芯端子205連接的智能傳感器4。
圖2是圖1中智能傳感器4的結構示意圖。如圖2所示，智能傳感器4包括連接到多芯端子205上的帶有多腳接口401的傳感器控制器402，連接到多芯端子205上的信號調理電路404，與信號調理電路404相連接的被測信號輸入源403。
所述的被測信號輸入源403，當智能傳感器4是智能電流傳感器時，即被測信號是電流信號時，被測信號輸入源403可以是連接到被測電流信號輸入源上的電流電壓變換電路。通過此電流電壓變換電路將電流信號變換成電壓信號後輸入到信號調理電路404內，將其電壓信號歸一化為0～5V；當智能傳感器4是智能電壓傳感器時，即被測信號是電壓信號時，被測信號輸入源403可以是連接到被測電壓信號源上的分壓電路，通過此分壓電路將輸入的被測電壓信號分壓成所需要的電壓值，再輸入到信號調理電路404中歸一化為0～5V；當智能傳感器4是測量氣壓、壓力、磁場、溫度、光強等信號時，被測信號輸入源403是與被測信號相對應的(普通的)傳感器，與所述被測信號相對應的是氣壓傳感器、壓力傳感器、磁場傳感器、溫度傳感器、光強傳感器等，通過普通的傳感器將被測信號轉換成電壓信號後輸入到信號調理電路404中歸一化為0～5V。
在本實施例中，所述的傳感器控制器402和總控制器201都是帶有多種埠的內嵌模/數轉換器的含有混合信號的單片機晶片。在本實施例中，是採用Silicon Laboratories的C8051F系列混合信號SOC單片機晶片，再具體的說是採用C8051F06x系列的混合信號SOC單片機晶片。C8051F系列晶片均帶有豐富的埠資源，例如I2C、SPI、UART、PCA等埠，內嵌16位的A/D，使用非常方便；同時具有JTAG調試埠，能實現在線檢測，在線調試；它含有高速時鐘，能有效提高系統的反應速度；晶片功耗較低，適合開發可攜式產品。採用這種晶片大大減少了系統的外圍電路，也大大的提高了系統的穩定性，並節省了成本，一塊晶片就可以節省成本300元(人民幣)。
在本實施例中，顯示屏1採用大屏幕液晶顯示器和觸控螢幕構建系統的方便的人機交換界面。顯示信息豐富，操作方便快捷，為系統豐富的離線測試功能的操作提供良好的平臺。
在本實施例中，存儲器203採用大容量的FLASH存儲器，能夠存儲離線採集的數據。存儲的數據內容豐富，包括測量次數、實驗地點、實驗時間以及測量數據等數據。能實現多通道的數據採集及存儲。
在本實施例中，總供電電源5採用大容量的鋰聚合物電池和比較先進的節能機構，能夠大大提高系統離線狀態的測試時間，使系統待機時間超過10小時。
在本實施例中，USB接口202採用高速的USB2.0接口，完成與計算機的通信，解決了原有的同類產品採用RS232通信接口傳輸速率較低，接口使用不普遍的問題，使產品的生存能力大大增加。
在本實施例中，採用隔離電源結構，包括兩個電源模塊207、208，實現傳感器供電電源(第一電源模塊207)與總控制器的電源(第二電源模塊208)完全隔離，防止了控制器受到被測電路電源的衝擊而運行不穩定。
在本實施例中，模擬光電耦合器206採用HCNR200模擬光電耦合器，這是採用了模擬信號隔離機構，實現將模擬信號的完全隔離。防止傳感器的模擬信號對控制器的衝擊。
本實施例中，多芯端子205採用統一的10芯S端子傳遞模擬及數位訊號。對於智能傳感器與多芯端子205之間的接口，本實施例中採用I2C總線，通過I2C總線連接總控制器與智能傳感器。I2C總線傳遞智能傳感器的身份信息、自檢信息、校驗碼等，還有各智能傳感器的校準信息和補償函數的係數等。通過這些表徵智能傳感器的信息，智能傳感器能實現真正的即插即用，而且通過校準和補償，能將智能感器的測量精度提高10％以上。
權利要求
1.一種智能數字實驗系統，包括顯示屏，計算機，總供電電源，其特徵在於包括分別與顯示屏和計算機相連接的控制線路，置於控制線路上的總控制器，連接於總控制器與計算機之間的USB接口，連接到總控制器上的存儲器、I2C總線和模擬光電耦合器，與I2C總線相連接的多芯端子，置於控制線路上與總供電電源相連接的兩個電源模塊，連接到多芯端子上的智能傳感器。
2.根據權利要求1所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的智能傳感器包括連接到多芯端子上的帶有多腳接口的傳感器控制器，連接到多芯端子上的信號調理電路，與信號調理電路相連接的被測信號輸入源。
3.根據權利要求2所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的被測信號輸入源是連接到被測電流信號輸入源上的電流電壓變換電路。
4.根據權利要求2所述智能數字實驗系統，其特徵在於所述的被測信號輸入源是連接到被測電壓信號源上的分壓電路。
5.根據權利要求2所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的被測信號輸入源是與被測信號相對應的傳感器。
6.根據權利要求5所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的與被測信號相對應的傳感器是氣壓傳感器，或是壓力傳感器，或是磁場傳感器，或是溫度傳感器，或是光強傳感器。
7.根據權利要求2所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的傳感器控制器是帶有多種埠的內嵌模/數轉換器的含有混合信號的單片機晶片。
8.根據權利要求1所述的智能數字實驗系統，其特徵在於所述的總控制器是帶有多種埠的內嵌模/數轉換器的含有混合信號的單片機晶片。
全文摘要
一種智能數字實驗系統，包括顯示屏、計算機、總供電電源，分別與顯示屏和計算機相連接的控制線路，置於控制線路上的總控制器，兩個電源模塊，連接於總控制器上的USB接口、存儲器、I
文檔編號G01D21/02GK101042813SQ20061015571
公開日2007年9月26日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者李彩珍 申請人:李彩珍