CN104950153A - 一种无线虚拟示波器实现系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线虚拟示波器实现系统，包括无线数据采集装置、移动终端和应用软件。无线数据采集装置由数据采集模块、WI-FI通讯模块和电源模块组成。移动终端是智能手机、PAD和带有无线网卡的电脑，与无线数据采集装置进行点对点的无线连接，实现双向数据通信，通过无线方式将采集到的波形数据传输到移动终端。移动终端安装的应用软件对波形数据进行处理、分析和波形显示。本技术方案提供了一种依托无线传输技术，使用虚拟仪器远距离测试时域信号波形的方法与系统。
Description
技术领域
本发明属于时域信号虚拟测试技术领域，尤其涉及一种无线虚拟示波器实现系统。
背景技术
虚拟仪器突破了传统仪器的特点，将传统仪器由硬件实现的数据分析功能与显示功能，改由功能强大的计算机来完成，并配置以相应的I/O接口设备进行数据采集，再编制不同测试功能的软件对获取的信号数据进行分析处理及显示，就可以构成一套完整的测试系统，并具备数据处理功能和友好的人机界面。
数字示波器是科研和实验室中经常使用的一种通用台式仪器，目前这类仪器加工复杂、价格昂贵。用虚拟仪器技术只需配置必要的数据采集硬件，应用基于图形化编程语言LabVIEW虚拟仪器编程环境，结合计算机的模块化设计方法，就可以实现虚拟示波器，并可对其功能进行扩展，实现传统仪器所没有的频谱分析和功率谱分析。
虚拟示波器具有成本低，携带使用方便，功能齐全等优点，应用越来越广泛。目前，据公开的资料显示，虚拟示波器使用的数据传输方法主要是通过USB模块传输数据，如专利号CN203745512U所公开的“虚拟示波器实验台”和专利号CN103604966A所公开的“一种具有汽车测试功能的虚拟示波器”，USB传输是一种有线传输方法，测试时需有USB传输线，受USB传输线长度的限制，测试人员只能近距离观察测试结果，不适用于需要远距离测试的场合，制约了产品的应用推广。
因此，需要一种新的无线虚拟示波器实现系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线虚拟示波器实现系统，解决现有虚拟示波器存在的不足，使测试人员能使用移动终端，远距离测试时域信号的波形。
一种无线虚拟示波器实现系统，其特征是，所述系统包括：无线数据采集装置、移动终端；所述无线数据采集装置由电源单元、数据采集单元和WI-FI通讯单元组成，电源单元为数据采集单元和WI-FI通讯单元提供电源，数据采集单元与WI-FI通讯单元通过串口相连接，WI-FI通讯单元与所述移动终端按WI-FI通讯协议实现点对点的无线连接；所述移动终端上安装有应用软件。
优选地，所述数据采集单元包括信号调理电路、微控制器和串口通讯模块；
所述信号调理电路包括电压互感器TV1013-1、双运算放大器LM358、多路选择开关CD4051，信号调理电路用于将0~400V输入电压转换成0~5V电压；
所述微控制器为AT90S4434单片机，AT90S4434单片机接多路选择开关CD4051的地址输入端A、B、C，微控器通过对多路选择开关CD4051地址端的控制实现程控放大；经信号调理电路处理过的模拟量信号从AT90S4434单片机的PA口输入，AT90S4434单片机内部的ADC转换电路将模拟量信号转换为数据量信号；
所述串口通讯模块选用MAX232模块，所述 AT90S4434单片机通过MAX232模块与所述WI-FI通讯单元实现串口通讯。
优选地，所述WI-FI通讯单元为KB3071 WI-FI模块，KB3071 WI-FI模块配置有板载天线，KB3071 WI-FI模块的串口与所述无线数据采集装置上的MAX232模块相连接，实现与所述AT90S4434单片机微控制器的双向数据通讯。
优选地，所述移动终端是安装有相关应用软件的智能手机、PAD或带无线网卡的电脑。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 无线虚拟示波器系统采用WI-FI通讯单元进行信号的双向传输，一种无线传输方法，测试时不需要USB传输线，摆脱了受USB传输线长度的限制，测试人员可以远距离观察测试结果，适用范围广，便于产品的应用推广。
附图说明
图1为本发明无线虚拟示波器实现系统的无线数据采集装置的组成框图；
图2为本发明无线虚拟示波器实现系统的无线数据采集装置的数据采集单元电路原理图；
图3本发明无线虚拟示波器实现系统的无线数据采集装置的微控制器接口电路；
图4为实施例1中的本发明无线虚拟示波器实现系统的Android智能手机应用软件流程图；
图5为Android智能手机测试波形图；
图6为LabVIEW环境中设置TCP流程图；
图7为无线虚拟示波器电脑上显示界面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明。
一种无线虚拟示波器实现方法系统，包括：无线数据采集装置、移动终端和应用软件。移动终端上安装有应用软件。
无线数据采集装置与所述移动终端通过网络协议实现点对点的无线连接，采集到的波形数据无线传输给移动终端，所述移动终端上安装的所述应用软件对波形数据进行处理、分析和波形显示。
优选地，所述无线数据采集装置具有WI-FI通讯功能。
优选地，所述移动终端是安装有相关应用软件的智能手机、PAD和带无线网卡的电脑。
无线数据采集装置组成结构如图1所示，由电源单元、数据采集单元和WI-FI通讯单元组成。电源单元为数据采集单元和WI-FI通讯单元提供电源。
本发明设计的数据采集单元由信号调理电路、微控制器和串口通讯模块组成。图2所示是输入通道CH1信号调理电路原理图（其它通道如CH2同此设计），主要由电压互感器TV1013-1、双运算放大器LM358、多路选择开关CD4051组成，信号调理电路将0~400V输入电压转换成0~5V电压，以适应ADC转换电路对输入电压的要求，CD4051的地址输入端A、B、C接微控制器，微控器通过对CD4051地址端的控制实现程控放大。微控制器选用AT90S4434单片机，经信号调理电路处理过的模拟量信号从AT90S4434的PA口输入，AT90S4434内部的ADC转换电路将模拟量信号转换为数据量信号。串口通讯模块选用MAX232，AT90S4434通过MAX232与WI-FI通讯模块实现串口通讯。AT90S4434与信号调理电路、MAX232接口电路如图3所示。
WI-FI通讯模块选用KB3071 WI-FI模块（配置板载天线），此模块是一种嵌入式UART-ETH-WIFI(串口-以太网-无线网)模块，传输距离为300米。KB3071的串口与数据采集单元上的MAX232模块相连接，实现与AT90S4434双向数据通讯。设置KB3071模块的IP地址、端口号，并将KB3071模块设置为AP（无线接入点）。
移动终端是智能手机、PAD和带无线网卡的电脑，下面按智能手机、带无线网卡的电脑两个较佳实施例对本发明的实施方案做进一步的说明。
实施例一
Android智能手机应用软件APP开发是以Java作为开发语言，以开源IDE Eclipse作为开发环境，使用Android SDK、Java开发包JDK、开发插件ADT进行软件开发与调试。本发明开发的Android智能手机应用软件流程图如图4 所示。
当安装有所述应用软件的智能手机位于所述无线数据采集装置信号覆盖范围之内时，运行应用软件，通过搜索寻找到所述无线数据采集装置中的WI-FI 通讯单元，进行无线连接，连接成功后，实现数据采集、处理、图形显示功能，在手机屏幕上显示的界面如图5所示。
实施例二
电脑上的应用软件使用图形化编程语言LabVIEW编写，与WI-FI模块的通讯功能主要通过LabVIEW中自带的TCP函数和VI来实现，如图6所示，在程序框图中添加一个“打开TCP连接”函数，并对IP地址、端口号进行设置（这里的设置和WI-FI模块的设置一致）。用LabVIEW设计的虚拟示波器面板如图7所示。软件设计完成后安装在带有移动网卡的电脑上。
带有移动网卡的电脑搜寻到所述无线数据采集装置中发出的WI-FI信号，同时运行安装好的应用软件，连接成功后，虚拟示波器面板上左上角蓝色指示灯亮，测试人员按面板上功能指示，选择数据采集通道，单击“采集”按钮，设置水平调节、垂直调节、扫描周期等参数，就可以观察到所测的信号波形。
以上所述的，两个较佳实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；凡依本发明所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1. 一种无线虚拟示波器实现系统，其特征是，所述系统包括：无线数据采集装置、移动终端；所述无线数据采集装置由电源单元、数据采集单元和WI-FI通讯单元组成，电源单元为数据采集单元和WI-FI通讯单元提供电源，数据采集单元与WI-FI通讯单元通过串口相连接，WI-FI通讯单元与所述移动终端按WI-FI通讯协议实现点对点的无线连接；所述移动终端上安装有应用软件。
2. 根据权利要求1所述的无线虚拟示波器实现系统，其特征是，所述数据采集单元包括信号调理电路、微控制器和串口通讯模块；
所述信号调理电路包括电压互感器TV1013-1、双运算放大器LM358、多路选择开关CD4051，信号调理电路用于将0~400V输入电压转换成0~5V电压；
所述微控制器为AT90S4434单片机，AT90S4434单片机接多路选择开关CD4051的地址输入端A、B、C，微控器通过对多路选择开关CD4051地址端的控制实现程控放大；经信号调理电路处理过的模拟量信号从AT90S4434单片机的PA口输入，AT90S4434单片机内部的ADC转换电路将模拟量信号转换为数据量信号；
所述串口通讯模块选用MAX232模块，所述 AT90S4434单片机通过MAX232模块与所述WI-FI通讯单元实现串口通讯。
3. 根据权利要求1或2所述的无线虚拟示波器实现系统，其特征是，所述WI-FI通讯单元为KB3071 WI-FI模块，KB3071 WI-FI模块配置有板载天线，KB3071 WI-FI模块的串口与所述无线数据采集装置上的MAX232模块相连接，实现与所述AT90S4434单片机微控制器的双向数据通讯。
4. 根据权利要求3所述的无线虚拟示波器实现系统，其特征是，所述移动终端是安装有相关应用软件的智能手机、PAD或带无线网卡的电脑。
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