CN104597303B - 一种无线传输型数字示波表装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种无线传输型数字示波表装置，包括：频率计模块、万用表模块、示波器模块、嵌入式CPU模块以及无线传输模块；射频前端电路包括倍压电路、稳压电路、复位电路、时钟电路、调制电路和解调电路，产生数字基带电路所需要的电源、时钟、数据和复位信号，数字基带电路包括数据同步模块、数据解码模块、主控制模块、数据存储模块、数据解码模块和时钟发生模块，对解调的数据进行指令解析，根据指令完成数据的编码，对天线进行调制，数字基带电路通过射频前端电路的调制电路把所需要发送的数据信号发出。本发明利用射频信号通过磁场耦合或者电磁波传输，实现无接触信息传递，由于该频率达到微波波段，其抗干扰性更强，传输距离更远。

Description

一种无线传输型数字示波表装置

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种数字示波表装置。

背景技术

数字示波表一般用于现场测试与维修服务，当测试或维修人员在现场对设备进行故障诊断时，往往需要将测试的数据保存下来，通过对数据进行分析比较，从而快速的进行故障定位，但是这种现场测试的方式，需要专业的测试或维修人员在设备的现场进行，同时故障诊断的效率与测试或维修人员的能力有重要关联，因此效率比较低。

国内现有的数字示波表一般支持数据的保存和有线传输功能。设备测试人员在现场将测试的数据保存下来，然后通过有线的方式将测试结果传到远端的计算机中，供专业的测试或维修人员使用，甚至可以多个地域的多位维修人员共同进行综合的故障诊断。这种有线的传输方式打破了地域的限制，目前现有的有线传输方式一般采用以太网的方式进行。

如图1所示，现有的基于以太网的有线传输的数字示波表主要由频率计模块M1、万用表模块M2、示波器模块M3以及嵌入式CPU模块M4组成。频率计模块M1主要用于实现频率计数器功能，测量得到的频率值通过扩展总线传到嵌入式CPU模块M4的内存中。万用表模块M2主要用于实现电压、电流、电阻、温度、二极管及通断等参数的自动测量功能，测量结果通过串口传到嵌入式CPU模块M4的内存中。示波器模块M3主要用于实现2个通道的示波器的时域波形参数自动测量功能，测量结果(原始采集数据)通过扩展总线传到嵌入式CPU模块M4的内存中。嵌入式CPU模块M4主要用于将频率计模块、万用表模块、示波器模块的测量结果转换成以太网传输的帧格式，并通过自身的以太网接口将转换后的数据帧发送到远端的监控计算机中。

目前，现有的有线传输方式一般采用以太网的方式进行，然而以太网的有线传输方式，需要提前进行网络的布置，以便将数字示波表的测试数据实时的传输到远端。然而，很多测试的现场在野外等特殊环境，受地理位置、气候和时间等因素的影响，无法进行以太网的布线，无法进行联合的故障诊断，同时这种以太网的有线传输方式的分布式测试系统的搭建，需要的系统组建成本较高。

因此，迫切需要一种无线传输方式的数字示波表，可以随时随地的进行测试和数据的远程传输，打破地理位置和时间等因素的限制。

发明内容

本发明提出了一种基于RFID无线传输型数字示波表装置，可以随时随地的进行测试和数据的远程传输，打破地理位置和时间等因素的限制。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种无线传输型数字示波表装置，包括：频率计模块(M1)、万用表模块(M2)、示波器模块(M3)、嵌入式CPU模块(M4)以及无线传输模块(M5)；

频率计模块(M1)对输入信号的频率计数，测量得到的频率值结果通过嵌入式CPU模块的扩展总线传到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

万用表模块(M2)的测量结果通过串口传到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

示波器模块(M3)测量时域波形参数，将采集到的原始数据通过嵌入式CPU模块的扩展总线传输到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

嵌入式CPU模块(M4)将频率计模块、万用表模块、示波器模块的测量结果转换成数据帧格式，并通过自身的以太网接口传给无线传输模块(M5)；

无线传输模块(M5)接收来自嵌入式CPU模块(M4)的数据帧，包括射频前端电路和数字基带电路；

射频前端电路包括倍压电路、稳压电路、复位电路、时钟电路、调制电路和解调电路，产生数字基带电路所需要的电源、时钟、数据和复位信号，

数字基带电路包括数据同步模块、数据解码模块、主控制模块、数据存储模块和时钟发生模块，对解调的数据进行指令解析，根据指令完成数据的编码，对天线进行调制，数字基带电路通过射频前端电路的调制电路把所需要发送的数据信号发出。

可选地，无线传输模块的天线接收到读卡器的输出信号，产生幅度微弱的高频信号，该高频信号经过倍压电路倍压将交流信号转为直流电压，经过稳压电路后产生为数字基带电路和其他射频前端模块提供的稳定的直流工作电压；解调电路从所述高频信号中提取数据信号；在稳定直流工作电压作用下，时钟电路产生时钟信号，复位电路产生复位信号，时钟信号、复位信号连同数据信号、直流工作电压一起提供给数字基带电路。

可选地，所述数据解码模块对数据解调，将已调信号与原正弦信号相乘再经过低通滤波器及抽样判别器，恢复出原始的编码信号。

可选地，所述数据基带电路送出的data_out信号首先经过数据编码模块进行编码，然后再通过调制电路进行调制，送到射频前端电路的天线上。

可选地，所述数字基带电路的数据编码模块将数据的NRZ码进行曼彻斯特编码转换后再送到射频前端电路的调制电路对射频信号进行调制。

可选地，所述数字基带电路的时钟发生模块对所述时钟信号分频，第一分频信号用于数据同步模块和数据解码模块，完成数据的同步与解码操作；第二分频信号作为数据编码模块的输入时钟，完成数据的编码操作。

可选地，所述第二分频信号的分频系数为第一分频信号的分频系数的2倍。

可选地，所述数字基带电路的数据存储模块存储着64位的UID和8字节的存储空间，主控制模块完成对数据存储模块的读写操作，并支持探寻和防冲突指令操作。

可选地，所述UID包括起始标识、主版本号、副版本号、帧体长度、设备类型、设备型号、设备序列号、保留字。

可选地，所述主控制模块内部含有CRC校验模块，进行循环冗余校验。

本发明的有益效果是：

(1)通过磁场耦合或者电磁波传输，实现无接触信息传递，由于该频率达到微波波段，其抗干扰性更强，传输距离更远；

(2)具备自动识别与配对功能，不需要人工的干预，适应性更强，可以实现一对一或者多对一的自动匹配；

(3)具备自动校检功能，能够对数据传输过程中产生的错误进行自动的判别与验证，并支持数据的重新传输，因此稳定性更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为基于以太网的有线传输数字示波表控制框图；

图2为本发明的无线传输型数字示波表控制框图；

图3为本发明的无线传输模块的控制框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明提出了一种无线传输型数字示波表装置，包括：频率计模块M1、万用表模块M2、示波器模块M3、嵌入式CPU模块M4以及无线传输模块M5。

频率计模块M1对两个通道的频率计数，测量得到的频率值结果通过嵌入式CPU模块的扩展总线传到嵌入式CPU模块M4的内存中；优选地，频率计的频率测量范围1Hz～200MHz，频率分辨率1Hz。

万用表模块M2测量电压、电流、电阻、温度、二极管及通断等参数，万用表模块的测量结果通过串口传到嵌入式CPU模块M4的内存中；优选地，万用表模块的分辨率计数值6000，最大电压量程1000V、最大电阻量程30MΩ，最大电流流程10A。

示波器模块M3对2个通道的时域波形参数自动测量，示波器模块将采集到的原始数据通过嵌入式CPU模块的扩展总线传输到嵌入式CPU模块M4的内存中；优选地，示波器模块具有2个示波器通道、通道带宽200MHz、最高采样率2.5GSa/s、存储深度30kpts。

嵌入式CPU模块M4将频率计模块、万用表模块、示波器模块的测量结果转换成一种特定的数据帧格式，并通过自身的以太网接口传给无线传输模块M5。例如，嵌入式CPU模块M4采用深圳盛博科技公司的SAM-3610核心模块。

无线传输模块M5采用RFID无线通信模块，实现无线通信功能。无线传输模块M5接收来自嵌入式CPU模块M4的数据帧，通过采用RFID无线通信技术，实现数据的无线输出功能。

本发明的无线传输型数字示波表装置测试功能强大，具有频率计、万用表、示波器的功能三合一测量功能。

如图3所示，本发明的无线传输模块包括射频前端电路和数字基带电路两个部分，下面以2.45GHz的RFID无线通信模块为例，对本发明的无线传输模块的结构和工作原理进行详细说明。

射频前端电路产生数字基带电路所需要的电源、时钟、数据和复位信号，包括倍压电路、稳压电路、复位电路、时钟电路、调制电路和解调电路，其原理如下：无线传输模块天线接收到读卡器发送的电磁波，产生幅度微弱的2.45GHz高频信号Vin，Vin经过倍压电路倍压把交流信号转为直流电压Vdd，经过稳压电路后产生为数字基带和其他射频前端模块提供稳定的直流工作电压Vdc。同时，解调电路从Vin信号中提取数据信号demod_out。在稳定直流工作电压Vdc作用下，时钟电路产生时钟信号clk，复位电路产生复位信号rst，时钟信号clk、复位信号rst连同数据信号demod_out、直流工作电压Vdc一起提供给数字基带电路。

数字基带电路对解调的数据进行指令解析，根据指令完成数据的编码，对天线进行调制。为了使外部的读写器在读取数据时能够更好地解决同步的问题，因此，本发明的数字基带电路不直接使用数据的NRZ码对射频信号进行调制，而是数据编码模块将数据的NRZ码进行编码转换后，再送到射频前端电路的调制电路对射频信号进行调制。本发明的编码标准符合ISO18000-6 Type B协议下的曼切斯特编码。其编码原则是，当原始数据为“1”，将其编码为“10”；当原始数据为“0”，将其编码为“01”。这种编码方式的特点是每个码元中间都有跳变，低频能量较少，便于提取信息。通过采用曼切斯特编码，提高了信噪比，降低了误码率，大大提高了抗干扰性能。

由于数字信号具有丰富的低频分量，因此，必须用数字基带电路对载波进行调制，使信号与信道的特性相匹配。数据基带电路送出的data_out信号首先经过数据编码模块进行编码，然后再通过调制电路进行调制，送到射频前端电路的天线上。本发明采用2ASK调制，其基本原理是利用载波幅度的变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。数据解码模块即数据的解调，是调制的反过程，把在载波位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，本发明将已调信号与原正弦信号相乘再经过低通滤波器及抽样判别器，即可恢复出原始的编码信号。射频前端电路的调制电路和解调电路内部具有载波抵消和阻抗自动匹配的闭环反馈电路，具有更高的相位和幅度稳定度。

时钟发生模块完成对时钟信号clk分频，clk的频率为2.45GHz，通过16分频产生第一分频信号clk1，clk1的时钟频率为153.125MHz，用于数据同步模块和数据解码模块，完成数据的同步与解码操作；通过32分频产生第二分频信号clk2，clk2的频率为76.5625MHz，作为数据编码模块的输入时钟，完成数据的编码操作，时钟分频主要为满足数字基带电路的曼切斯特编码的要求。时钟信号clk通过16分频产生第一分频信号clk1，通过32分频产生第二分频信号clk2，上述分频系数仅为优选实施例，在本发明的数字基带电路中，第二分频信号的分频系数为第一分频信号的分频系数的2倍。

数字基带电路把数据处理完之后，通过射频前端电路的调制电路把所需要发送的数据data_out信号发出，完成一次通信过程。

数据存储模块存储着64字节的UID(用户身份证明)和30k字节的存储空间。UID包括起始标识、主版本号、副版本号、帧体长度、设备类型、设备型号、设备序列号、保留字等，详细如下表所示。

由于RFID系统会出现多个标签同时与读写器通信产生信号碰撞的情况，因此，本发明采用基于序列号对时系数运算的排序算法，该算法可以克服误判断问题，且不受标签数量的影响，效率更高，因此，本发明的无线通信模块具备自动识别与配对功能，可实现一对一或多对一的自动匹配。

主控制模块完成对数据存储模块的读写操作，并支持探寻和防冲突等基本指令操作，主控制模块内部含有CRC校验模块，进行循环冗余校验，能够检测出任何奇数个错误，对于突发错误，检出错误的程度接近百分之百，使出错率降低3个数量级。整个CRC的校验采用软件算法来实现。因此，本发明的无线通信模块还具备自动校检功能，可自动判别传输过程中的错误，并发起数据的重新传输，传输性能更加可靠。

本发明利用2.45GHz的射频信号通过磁场耦合或者电磁波传输，实现无接触信息传递，由于该频率达到微波波段，其抗干扰性更强，传输距离更远；射频前端电路的调制电路和解调电路内部具有载波抵消和阻抗自动匹配的闭环反馈电路，具有更高的相位和幅度稳定度；数字基带电路通过采用曼切斯特编码，提高了信噪比，降低了误码率，可以有效的抑制干扰信号，从而提高识别距离、减小解调误码率，使整个RFID模块的性能急剧提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，包括：频率计模块(M1)、万用表模块(M2)、示波器模块(M3)、嵌入式CPU模块(M4)以及无线传输模块(M5)；

频率计模块(M1)对输入信号的频率计数，测量得到的频率值结果通过嵌入式CPU模块的扩展总线传到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

万用表模块(M2)的测量结果通过串口传到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

示波器模块(M3)测量时域波形参数，将采集到的原始数据通过嵌入式CPU模块的扩展总线传输到嵌入式CPU模块(M4)的内存中；

嵌入式CPU模块(M4)将频率计模块、万用表模块、示波器模块的测量结果转换成数据帧格式，并通过自身的以太网接口传给无线传输模块(M5)；

无线传输模块(M5)接收来自嵌入式CPU模块(M4)的数据帧，包括射频前端电路和数字基带电路；

射频前端电路包括倍压电路、稳压电路、复位电路、时钟电路、调制电路和解调电路，产生数字基带电路所需要的电源、时钟、数据和复位信号，

数字基带电路包括数据同步模块、数据解码模块、主控制模块、数据存储模块和时钟发生模块，对解调的数据进行指令解析，根据指令完成数据的编码，对天线进行调制，数字基带电路通过射频前端电路的调制电路把所需要发送的数据信号发出；

数字基带电路不直接使用数据的NRZ码对射频信号进行调制，而是数据编码模块将数据的NRZ码进行编码转换后，再送到射频前端电路的调制电路对射频信号进行调制，编码标准符合ISO18000-6 Type B协议下的曼切斯特编码，其编码原则是，当原始数据为“1”，将其编码为“10”；当原始数据为“0”，将其编码为“01”，每个码元中间都有跳变；

数据基带电路送出的data_out信号首先经过数据编码模块进行编码，然后再通过调制电路进行调制，送到射频前端电路的天线上，采用2ASK调制，利用载波幅度的变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变；数据解码模块把在载波位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，将已调信号与原正弦信号相乘再经过低通滤波器及抽样判别器，恢复出原始的编码信号，射频前端电路的调制电路和解调电路内部具有载波抵消和阻抗自动匹配的闭环反馈电路；

所述数字基带电路的时钟发生模块对所述时钟信号分频，第一分频信号用于数据同步模块和数据解码模块，完成数据的同步与解码操作；第二分频信号作为数据编码模块的输入时钟，完成数据的编码操作；所述第二分频信号的分频系数为第一分频信号的分频系数的2倍。

2.如权利要求1所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，无线传输模块的天线接收到读卡器的输出信号，产生幅度微弱的高频信号，该高频信号经过倍压电路倍压将交流信号转为直流电压，经过稳压电路后产生为数字基带电路和其他射频前端模块提供的稳定的直流工作电压；解调电路从所述高频信号中提取数据信号；在稳定直流工作电压作用下，时钟电路产生时钟信号，复位电路产生复位信号，时钟信号、复位信号连同数据信号、直流工作电压一起提供给数字基带电路。

3.如权利要求1所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，所述数据基带电路送出的data_out信号首先经过数据编码模块进行编码，然后再通过调制电路进行调制，送到射频前端电路的天线上。

4.如权利要求3所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，所述数字基带电路的数据编码模块将数据的NRZ码进行曼彻斯特编码转换后再送到射频前端电路的调制电路对射频信号进行调制。

5.如权利要求1所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，所述数字基带电路的数据存储模块存储着64位的UID和8字节的存储空间，主控制模块完成对数据存储模块的读写操作，并支持探寻和防冲突指令操作。

6.如权利要求5所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，所述UID包括起始标识、主版本号、副版本号、帧体长度、设备类型、设备型号、设备序列号、保留字。

7.如权利要求6所述的一种无线传输型数字示波表装置，其特征在于，所述主控制模块内部含有CRC校验模块，进行循环冗余校验。