一種具有usb接口的智能儀器的製作方法
2023-04-22 18:09:51 1
專利名稱：一種具有usb接口的智能儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能儀器，尤其涉及一種具有USB接口的智能儀器。
背景技術：
目前，很多智能儀器通過USB接口與計算機相連接來進行數據傳輸。USB是Universal Serial Bus，通用串行總線的縮寫。一個USB接口系統包括一個USB主機、一個或一個以上的USB設備(計算機是主機，智能儀器是設備)。當前最新版本的USB接口標準為USB2.0，根據該標準，USB接口系統中使用的接口包括用於上傳數據到USB主機的A型插頭/插座，用於下傳數據到USB設備的B型插頭/插座，以及適用於小體積設備的mini-B插頭/插座(功能與B型插頭/插座相同，用於下傳數據到USB設備)。主機如計算機上安裝有多個A型插座，設備如智能儀器上安裝的是一個B型插座，兩者之間通過一端是A型插頭，一端是B型插頭的USB連接線相連。
由於USB接口具有即插即用(PNP)，速度快(USB2.0可支持480Mbps的數據傳輸速率)，可通過計算機為設備提供電力(5V/500mA)等眾多優點。因此許多智能儀器採用USB接口，如中國專利
提到的一種生物信號採集處理儀，中國專利
提到的一種實時信號分析儀。但這些智能儀器都存在以下幾個缺點1、儀器體積較大，不利於外出隨身攜帶。
2、儀器的USB接口必須通過連接線才能與計算機的USB接口(A型插座)相連，不但連接關係複雜，而且不利於儀器向微型化發展。
3、儀器耗電量大，計算機通過USB接口向智能儀器提供的電能不能滿足智能儀器的需要，因此往往需要外界再提供交流電源來供電，這樣不利於野外作業。
因此，我們迫切需求一種體積小、使用方便的具有USB接口的智能儀器。
發明內容
基於現有技術的不足，本發明需要解決的問題在於提供一種體積小、使用方便的具有USB接口的智能儀器。
為解決上述問題，本發明提供一種具有USB接口的智能儀器。該儀器用於與具有USB接口的計算機相連接且進行信號傳輸及處理，其包括被控對象；數據採集器，用於採集被控對象的數據；處理器，用於接收數據採集器採集的數據並通過USB接口與計算機進行數據傳輸及數據處理；信號發生器，用於接收處理器的數據並將該數據轉化為控制被控對象的控制信號；所述數據採集器、處理器以及信號發生器集成於一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計算機上的USB接口相適配且兩者直接相連。
作為一個實施例，該智能儀器還包括信號發生器，用於接收處理器的數據並將該數據轉化為控制被控對象的控制信號。所述被控對象為恆電位儀，所述集成電路板為還集成了恆電位儀的電化學分析儀電路板。所述USB接口為A型USB插頭，或者為其它能直接與A型USB插座相連的接口。所述處理器包括與信號發生器、數據採集器電連接的先進先出電路，該先進先出電路有效地改善了處理器處理數據的效率。所述電化學分析儀電路板還包括為其提供電能的電源模塊，該電源模塊與所述USB接口電連接且可以通過該USB接口直接從計算機取得電能，這樣省去了外加電源，有利於隨身攜帶。所述信號發生器為20位數模轉換器，可以提高控制信號的精度。所述數據採集器為24位模數轉換器，可以提高數據採集的精度。所述集成電路板外包裹有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電路板實現電磁屏蔽，減少外界幹擾，有效地實現高精度的電化學測量和控制。所述電化學分析儀電路板還包括與恆電位儀電連接的擴展插槽，該擴展插槽可以外接傳感器、電極、或其他儀器，擴大該電化學分析儀電路板的功能。
與現有技術相比較，本發明具有USB接口的智能儀器一方面將各個功能電路集成於一電路板上，加強電路的集成度，有效地減小儀器的體積；另一方面儀器通過與計算機相適配的USB接口直接連接於計算機上的USB接口，省去了連接線，簡化了連接關係。因此，本發明具有USB接口的智能儀器具有體積小(6.0cm×2.0cm×0.7cm)，使用方便的有益效果。
為使本發明更加容易理解，下面將結合附圖進一步闡述本發明具有USB接口的智能儀器。
圖1為本發明具有USB接口的智能儀器一個優選實施例的結構示意圖。
圖2為本發明具有USB接口的智能儀器一個優選實施例的功能模塊圖。
具體實施例方式
本發明具有USB接口的智能儀器用於與具有USB接口的計算機相連接，且與該計算機進行數據傳輸及數據處理。該智能儀器包括被控對象；數據採集器，用於採集被控對象的數據；處理器，用於接收數據採集器採集的數據並通過USB接口與計算機進行數據傳輸及數據處理；信號發生器，用於接收處理器的數據並將該數據轉化為控制被控對象的控制信號；所述數據採集器、處理器以及信號發生器集成於一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計算機上的USB接口相適配且兩者直接相連。以下具體以一種電化學分析儀為例對本發明具有USB接口的智能儀器進行詳細說明。
現在參考附圖描述本發明的實施例，所述電化學分析儀的被控對象為恆電位儀。參考圖1-2，本實施例中的電化學分析儀包括集成電路板80、包裹於該集成電路板80外部的外殼90、與該電路板80電連接的恆電位儀70、以及直接焊接於電路板80上的USB接口10。所述外殼90為金屬外殼，當然也可以表面是金屬電鍍的外殼。該外殼90不但起到保護集成電路板80的作用，而且對集成電路板80實施電磁屏蔽，減少外界幹擾，有效地實現儀器高精度的電化學測量和控制。所述USB接口10是與計算機上的USB接口10相適配的A型USB接口，其一端直接焊接於電路板80上，其另一端為USB插座或插頭，且形狀與計算機上的USB插頭或插座相適配，該端的USB插座或插頭可以直接插接於計算機上的USB插頭或插座上。這樣就不再需要連接線來連接於儀器與計算機之間，解決了原來計算機上的A型USB接口(插頭或插座)與儀器上的B型USB接口(插頭或插座)不能直接連接的問題。所述集成電路板80還包括與恆電位儀70電連接的擴展插槽81，該擴展插槽81可設置於儀器尾端或側面。儀器通過擴展插座81可以連接電極或傳感器，也可以和其他儀器連接，實現更複雜的功能，如各種測試方法的聯用及有線、無線通訊控制。該結構的簡單擴充可實現獨立運行，無需外聯計算機支持，並可同時保持USB聯機功能。
所述集成電路板80為電化學分析儀電路板，該電路板80上的電路包括電源模塊20、處理器30、信號發生器40、數據採集器50以及數字輸入輸出電路60。所述USB接口10與電路板80連接的一端包括四個引腳11，該引腳11直接焊接於電路板80上，其中兩個引腳11與處理器30電連接，用於處理器30與計算機進行數據交換，另外兩個引腳11與電源模塊20電連接，用於計算機向電源模塊20傳輸電能。電源模塊20通過隔離濾波後獲得各種正負電源為電路板80上的電路提供電能。
所述處理器30包括與USB接口10電連接的CPU31、為CPU31提供時鐘頻率的時鐘32、為CPU31提供暫存的靜態隨機存儲器SRAM33、與CPU31連接的存儲器36、分別與信號發生器40和數據採集器50電連接的先進先出電路34以及通用邏輯控制器35。所述存儲器36是採用高密度體積小的EEPPOM，該存儲器36用於保存數據及程序，掉電時數據不會丟失。所述先進先出電路34有效地改善了處理器30處理數據的效率。所述通用邏輯控制器35分別與信號發生器40、數據採集器50以及數字輸入輸出電路60電連接。所述信號發生器40具體為將數位訊號轉換為控制恆電位儀70的模擬信號的數模轉換器。所述數據採集器50具體為採集恆電位儀70數據並將採集到的模擬信號轉換為數位訊號的模數轉換器。本實施例採用超小型高精度的數模轉換器和模數轉換器，所述信號發生器為20位數模轉換器，可以提高控制信號的精度。所述數據採集器為24位模數轉換器，可以提高數據採集的精度。當採用20位的數模轉換器時，其最高電位解析度可達10uV。
所述恆電位儀70分別與電路板30上的信號發生器40、數據採集器50以及數字輸入輸出電路60電連接。
當電化學分析儀工作時，處理器30通過USB接口10與外部計算機進行通訊，處理器30根據存儲器36裡預定的程序或計算機傳來的指令控制信號發生器40、數據採集器50以及數字輸入輸出電路60將數位訊號轉換為模擬信號對恆電位儀70進行精確控制。恆電位儀70的相應信號通過數據採集器50轉換為數字數據，處理器30根據選定的分析方法及測試原理對這些數據進行處理後得到最終的分析信號和分析結果，而後將最終分析信號和分析結果存儲於存儲器36或通過USB接口10上傳至計算機。
本實施例在上述結構上還進行以下改進1、採用具有USB2.0接口的小體積高性能處理器晶片，晶片內部集成了靜態隨機存儲器SRAM，先進先出存儲器FIFO，通用輸入輸出接口GPIO等功能模塊，實現對測控過程的全程控制記錄，並實時測控、採集、處理並存儲結果，或實時將採集結果高速傳輸到PC機，最高傳輸速度可達480Mbps。
2、採用T型網絡，用3個模擬開關實現了6個物理量程，擴展了恆電位儀的電流測量範圍。
3、軟體設計了特殊算法，利用恆電位儀實現了恆電流控制和恆電阻控制，減小了儀器體積，增強了儀器功能，拓展了儀器的應用範圍。設計了軟體濾波程序，可用多種方法對實驗數據進行實時濾波，省去了硬體濾波器，減小了儀器體積4、採用小體積插接件等。電路板上安裝了超小體積2.5mm四芯插孔，配套外接傳感器或外接功能模塊也安裝有相應插頭，體積小巧，插拔方便。同時設計了採用相應插頭的通用連接線，可連接各種其它儀器，實現了通用性。
本發明具有USB接口的智能儀器一方面將各個功能電路集成於一電路板上，加強電路的集成度，有效地減小儀器的體積；另一方面儀器通過與計算機相適配的USB接口直接連接於計算機上的USB接口，省去了連接線，簡化了連接關係。因此，本發明具有USB接口的智能儀器具有體積小、使用方便的有益效果。
當然，所述恆電位儀可以集成於所述電路板上，如本實施例所述，組成一個整體式的微型電化學分析儀，也可以與該電路板電連接但設置於該電路板外，組成一臺分體式的電化學分析儀。根據需要，所述恆電位儀也可以是其它類型的儀器模塊，從而組成不同類型的智能儀器。所述電化學分析儀電路板集成的電化學分析方法包括循環伏安法，線性掃描伏安法，計時電流法，計時庫侖法，計時電位法，時間電流曲線法，差分脈衝伏安法，常規脈衝伏安法，差分常規脈衝伏安法，雙差分常規脈衝伏安法，方波伏安法，階梯波伏安法，塔菲爾曲線法，整體電解法，陰極溶出伏安法，陽極溶出伏安法，電位溶出伏安法，交流循環伏安法，交流線性掃描伏安法等。本發明的智能儀器可以直接和計算機的USB接口連接，也可以通過USB延長線或USB HUB等與計算機USB接口連接。所述儀器上的USB接口可以是將標準A型USB插頭焊接在該電路板上，如本實施例所述，儀器通過該插頭與計算機的USB接口相連，也可以是將USB接口的4條引線直接印刷在該電路板一端，然後將電路板此端加工成適應A型USB插座的形狀，這樣電路板此端可以代替A型USB插頭和計算機的USB接口直接相連，由於省略了標準A型USB插頭的金屬外殼和引腳，可進一步縮小儀器體積。
以上所揭露的僅為本發明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種具有USB接口的智能儀器，用於與具有USB接口的計算機相連接且與該計算機進行數據傳輸及數據處理，其包括被控對象；數據採集器，用於採集被控對象的數據；處理器，用於接收數據採集器採集的數據並通過USB接口與計算機進行數據傳輸及數據處理；信號發生器，用於接收處理器的數據並將該數據轉化為控制被控對象的控制信號；其特徵在於所述數據採集器、處理器以及信號發生器集成於一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計算機上的USB接口相適配且兩者直接相連。
2.如權利要求1所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述USB接口為A型USB插頭，或者為其它能直接與A型USB插座相連的接口。
3.如權利要求1所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述被控對象為恆電位儀，所述集成電路板為還集成了恆電位儀的電化學分析儀電路板。
4.如權利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於其還包括為所述電化學分析儀電路板提供電能的電源模塊，該電源模塊與所述USB接口電連接且通過該USB接口從計算機取得電能。
5.如權利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述電化學分析儀電路板外包裹有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼。
6.如權利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述電化學分析儀電路板還包括與恆電位儀電連接的擴展插槽。
7.如權利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述信號發生器為20位數模轉換器。
8.如權利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述處理器包括與信號發生器、數據採集器電連接的先進先出電路。
9.如權利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特徵在於所述數據採集器為24位模數轉換器。
全文摘要
本發明公開了一種具有USB接口的智能儀器，該儀器用於與具有USB接口的計算機相連接且進行信號傳輸及處理，其包括被控對象；數據採集器，用於採集被控對象的數據；處理器，用於接收數據採集器採集的數據並通過USB接口與計算機進行數據傳輸及數據處理；信號發生器，用於接收處理器的數據並將該數據轉化為控制被控對象的控制信號；所述數據採集器、處理器以及信號發生器集成於一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計算機上的USB接口相適配且兩者直接相連。本發明的儀器具有體積小、使用方便的優點。
文檔編號G01N27/26GK101051298SQ20071002816
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月24日 優先權日2007年5月24日
發明者夏勇 申請人:廣州精微分析儀器有限公司