CN106056881A - 基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法，其中，基于虚拟仪器的数据采集装置，包括依次连接的通信单元、输入预处理单元和数据采集单元；通信单元接收移动终端输出的预设电测量参数，并将预设电测量参数传输给输入预处理单元；输入预处理单元根据预设电测量参数选取采集回路；数据采集单元根据采集回路采集被测设备相应的电物理量数据，并将电物理量数据反馈给输入预处理单元；输入预处理单元对电物理量数据进行数据转换处理，输出电物理量数据的测量值，并通过通信单元将测量值发送给移动终端进行显示。本发明不仅降低了开发成本，并且完善了基于PDA的手持虚拟仪器技术的各项功能。

Description

基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法

技术领域

本发明涉及数据测量技术领域，特别是涉及一种基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法。

背景技术

虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。美国国家仪器公司NI(National Instruments)提出的虚拟测量仪器(VI：Virtual instrument)概念，使计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来开创“软件即是仪器”的先河。

目前，智能手机能够承担PDA(Personal Digital Assistant：个人数字助理)的大部分功能，运算和存储能力也得到大幅提升，将智能手机作为虚拟仪器平台具有十分广泛的发展前景。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：NI公司的LabVIEWPDA模块可以图形化方式开发基于PDA的虚拟仪器，但必须依托LabVIEW平台并需购买该公司的数据采集卡等设备，开发成本较高；而基于PDA的手持虚拟仪器技术在国内仅处于尝试阶段，功能方面并不完善。

发明内容

基于此，有必要针对传统虚拟仪器技术使用过程中开发成本高且功能不完善的问题，提供一种基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法。

为了实现上述目的，本发明技术方案的实施例为：

一方面，提供了一种基于虚拟仪器的数据采集装置，包括依次连接的通信单元、输入预处理单元和数据采集单元；

通信单元接收移动终端输出的预设电测量参数，并将预设电测量参数传输给输入预处理单元；

输入预处理单元根据预设电测量参数选取相应的采集回路；

数据采集单元根据输入预处理单元选取的采集回路采集被测设备相应的电物理量数据，并将电物理量数据反馈给输入预处理单元；

输入预处理单元对电物理量数据进行数据转换处理，输出电物理量数据的测量值，并通过通信单元将测量值发送给移动终端进行显示。

另一方面，提供了一种基于虚拟仪器的数据采集方法，包括以下步骤：

接收移动终端输出的预设电测量参数；

根据预设电测量参数选取相应的采集回路；

根据采集回路采集被测设备相应的电物理量数据；

对电物理量数据进行数据转换处理，输出电物理量数据的测量值；将测量值发送给移动终端进行显示。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明基于虚拟仪器的数据采集装置及采集方法，通过通信单元接收移动终端的预设电测量参数(电流量、电阻值或者电压等电测量参数的设置，以及输入范围的设置等)，经过输入预处理单元调整输入预处理参数后决定测量量程和需要测量的电物理量数据种类(电流量、电阻值或电压值)，即移动终端可通过无线连接方式对手持终端进行电物理量数据测量控制，由移动终端软件控制外接测量硬件，并进行数据显示，不仅降低了开发成本，并且完善了基于PDA的手持虚拟仪器技术的各项功能。

附图说明

图1为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1的结构示意图；

图2为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中数据采集单元130的电路结构示意图；

图3为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中输入处理模块的电路结构示意图；

图4为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中移动终端的界面显示示意图；

图5为本发明基于虚拟仪器的数据采集方法实施例1的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1：

为了解决传统虚拟仪器技术使用过程中开发成本高且功能不完善的问题，本发明提供了一种基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1；图1为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1的结构示意图；如图1所示，可以包括依次连接的通信单元110、输入预处理单元120和数据采集单元130；

通信单元110接收移动终端输出的预设电测量参数，并将预设电测量参数传输给输入预处理单元120；

输入预处理单元120根据预设电测量参数选取相应的采集回路；

数据采集单元130根据输入预处理单元选取的采集回路采集被测设备相应的电物理量数据，并将电物理量数据反馈给输入预处理单元120；

输入预处理单元120对电物理量数据进行数据转换处理，输出电物理量数据的测量值，并通过通信单元110将测量值发送给移动终端进行显示。

具体而言，本发明中的移动终端可以指用户手机；本发明可以作为一种与Android系统的手机虚拟仪表(主要针对个人用户)相连接的基于虚拟仪器的数据采集装置；本发明可以作为手机外设，包括输入预处理(量程选择)、数据采集、A/D(数模)处理及无线收发通信模块，通过蓝牙技术或WIFI(Wireless Fidelity)技术与手机的虚拟仪器APP(Application)程序通信，对电压、电流、电阻等常见电量检测信号进行处理及显示。

手机软件(即手机的虚拟仪器APP程序)预设参数(包括检测的电参数设置、输入范围设置等)，并将参数无线发送到本发明便携式手持终端；终端接收到参数后，设置数据采集模块的量程、电参量，并采集真实数据；处理采集到的数据，再通过无线发送到手机软件，进行显示。其中，采集回路包括预采集数据的种类和量程。

在一个具体的实施例中，数据采集单元130包括数据采集模块132和数据转换模块134；

数据采集模块132，用于根据采集回路采集相应电物理量数据；

数据转换模块134，用于将电物理量数据转换为电压值。

在一个具体的实施例中，数据采集单元130还包括量程处理模块；

量程处理模块130，用于根据采集回路和电物理量数据进行量程选择。

具体而言，无论是测量电压、电流还是电阻参量，其本质上都可以转换成电压的测量，传统技术却安排不同的采集模块，容易造成从而外设模块硬件的设计压力；而本发明通过连接数据采集模块132的数据转换模块134，将电物理量数据转换为电压值；即本发明中，数据采集单元要实现的功能核心是电压测量，以及其他各参数与电压值的对应关系处理。图2为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中数据采集单元130的电路结构示意图；如图2所示：

数据转换模块134将所有被测电量按照与电压的函数关系转换成同等比例的直流电压，然后由输入预处理单元120对电压值进行测量，再根据原来的变换公式折算出待测电量的值。

在一个具体示例中，如对电流的测量，可以通过I-V转换成相应的电压值，然后通过测量电压值来换算对应的电流值。图2中VD1、VD2为保护二极管，当基本表IN+、IN一两端电压大于预设电压值时，VD1导通，当被测量电位端接入IN一时，VD2导通，从而保证数据采集模块132的正常工作，起到“守门”的作用。R2～R5、RC.分别为各档位的取样电阻，它们共同组成了电流－电压转换器(I/U)，即测量时，被测电流△在取样电阻上产生电压，该电压输人至IN+、IN—两端，从而得到了被测电流的量值。若合理地选配各电流量程的取样电阻，就能使连接本发明手持终端装置的移动终端直接显示被测电流量的大小。即数据采集单元130的功能可以通过常用数字万用表的红黑表笔(一边接正极一边接负极)，同时结合量程处理来实现。

在一个具体的实施例中，信号输入预处理器120包括连接在信号接收发射器110和采集器132之间的输入预设模块122，以及连接在数据转换器134和信号接收发射器110之间的输入处理模块124。

输入预设模块122，用于根据预设电测量参数选取相应的采集回路；

输入处理模块124，用于对电物理量数据进行数据转换处理。

在一个具体的实施例中，输入处理模块124包括模数转换器、电压数据转换器和数模转换器；

模数转换器的输入端连接数据采集装置130，输出端连接电压数据转换器；数模转换器连接在电压数据转化器和信号接收发射器110之间。

具体而言，输入预处理单元120可以包括输入预设模块122和输入处理模块124；其中，“输入预设”是由单片机控制电子开关，来确定采集的是电流、电压还是电阻(手机APP面板选择了测电流，就相当于通过蓝牙/WIFI通知便携式手持终端里的单片机模块控制电子开关，选择不同的输入值，以及之后的处理模块)；而“输入处理”，就是电子开关选择之后，通过对应的电路来处理待测量数据(可以理解为将被测量转换成对应的电压值，再测量电压值，并将结果对应转换成被测量值，通过移动终端进行显示)。即输入预处理单元(电流量、电阻值或者电压等电参数的设置，以及输入范围的设置等)的功能，是由移动终端通过蓝牙/WIFI进行控制实现的。

在一个具体示例中，图3为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中输入处理模块的电路结构示意图；即输入处理模块124可以包括对输入量的放大/缩小处理(量程选择)、待测电量与电压值的转换、A/D转换。输入处理模块124可以通过集成电路来实现，也可以自行设计，例如，可以采用图3所示的电路来实现电压和电阻的输入处理，采用图2所示的电路来进行电流的输入处理。

在一个具体的实施例中，输入预设模块122包括根据预设电测量参数接通相应采集回路的电子开关，连接电子开关、控制电子开关通断的单片机。具体而言，输入预设模块122的功能可以通过由单片机控制的电子开关来实现，即选择正极(红笔)接入电压/电阻，还是接入电流值。

在一个具体的实施例中，通信单元包括无线接收模块112和无线发送模块114。即可以通过蓝牙或WIFI实现移动终端与本发明基于虚拟仪器的数据采集装置之间的通信连接。

图4为本发明基于虚拟仪器的数据采集装置实施例1中移动终端的界面显示示意图；移动终端的量程及数据显示可以如图4示，屏幕下方为量程选择，上方为显示的检测数据。基于虚拟仪器的数据采集装置是基于手机的检测系统的核心部分，集成了多种检测量及无线传输方式，利用相应无线传输协议与无线模块组成的网络与手机端建立连接，实现一对多数据传输。

相较于传统技术，本发明针对移动终端，大大提高用户的使用操作自由度；与传统的数字万用表产品相比，本发明不关注设计软件系统而只是通用外接模块，降低了开发成本；同时相较于国内现有技术(外设模块与手机之间只是单方向的传输关系，手机只充当显示角色而对测量本身没有控制功能)，本发明能够完善基于PDA的手持虚拟仪器技术的各项功能。同时，本发明能够简化传统技术中的各电量采集模块，将其统一变成以电压测量为主的“数据采集模块”，并通过“输入处理”来完成采集数据A/D处理，最终通过无线模块传送到手机显示；同时，依靠“输入预设”模块，通过手机来选择检测数据采取的处理方法(被测电量与测量电压的关系转换、输入量程的选择等)

本发明基于虚拟仪器的数据采集装置，通过通信单元接收移动终端的预设电测量参数(电流量、电阻值或者电压等电测量参数的设置，以及输入范围的设置等)，经过输入预处理单元调整输入预处理参数后决定测量量程和需要测量的电物理量数据种类(电流量、电阻值或电压值)，即移动终端可通过无线连接方式对手持终端进行电物理量数据测量控制，由移动终端软件控制外接测量硬件，并进行数据显示，不仅降低了开发成本，并且完善了基于PDA的手持虚拟仪器技术的各项功能。

本发明基于虚拟仪器的数据采集方法实施例1：

为了解决传统虚拟仪器技术使用过程中开发成本高且功能不完善的问题，同时基于以上装置实施例的技术思想，本发明还提供了一种基于虚拟仪器的数据采集方法实施例1；图5为本发明基于虚拟仪器的数据采集方法实施例1的流程示意图；如图5所示，可以包括以下步骤：

步骤S510：接收移动终端输出的预设电测量参数；

步骤S520：根据预设电测量参数选取相应的采集回路；

步骤S530：根据采集回路采集被测设备相应的电物理量数据；

步骤S540：对电物理量数据进行数据转换处理，输出电物理量数据的测量值；将测量值发送给移动终端进行显示。

在一个具体的实施例中，在步骤S530之后还可以包括步骤：

对电物理量数据进行转换，选取电物理量数据对应的电压值；

根据电压值，选取测量值。

在一个具体的实施例中，预设电测量参数可以包括移动终端预设的电流测量参数、电阻测量参数、电压测量参数以及测量范围；采集回路可以包括预采集数据的种类和量程数据。

本发明基于虚拟仪器的数据采集方法实施例1，通过通信单元接收移动终端的预设电测量参数(电流量、电阻值或者电压等电测量参数的设置，以及输入范围的设置等)，经过输入预处理单元调整输入预处理参数后决定测量量程和需要测量的电物理量数据种类(电流量、电阻值或电压值)，即移动终端可通过无线连接方式对手持终端进行电物理量数据测量控制，由移动终端软件控制外接测量硬件，并进行数据显示，不仅降低了开发成本，并且完善了基于PDA的手持虚拟仪器技术的各项功能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，包括依次连接的通信单元、输入预处理单元和数据采集单元；

所述通信单元接收移动终端输出的预设电测量参数，并将所述预设电测量参数传输给所述输入预处理单元；

所述输入预处理单元根据所述预设电测量参数选取相应的采集回路；

所述数据采集单元根据所述输入预处理单元选取的所述采集回路采集被测设备相应的电物理量数据，并将所述电物理量数据反馈给所述输入预处理单元；

所述输入预处理单元对所述电物理量数据进行数据转换处理，输出所述电物理量数据的测量值，并通过所述通信单元将所述测量值发送给所述移动终端进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，

所述数据采集单元包括数据采集模块和数据转换模块；

所述数据采集模块，用于根据所述采集回路采集相应电物理量数据；

所述数据转换模块，用于将所述电物理量数据转换为电压值。

3.根据权利要求2所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，

所述信号输入预处理器包括连接在所述信号接收发射器和所述采集器之间的输入预设模块，以及连接在所述数据转换器和所述信号接收发射器之间的输入处理模块；

所述输入预设模块，用于根据所述预设电测量参数选取相应的采集回路；

所述输入处理模块，用于对所述电物理量数据进行数据转换处理。

4.根据权利要求3所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，所述输入预设模块包括根据所述预设电测量参数接通相应采集回路的电子开关，连接所述电子开关、控制所述电子开关通断的单片机。

5.根据权利要求3所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，所述输入处理模块包括模数转换器、电压数据转换器和数模转换器；

所述模数转换器的输入端连接所述数据采集装置，输出端连接所述电压数据转换器；所述数模转换器连接在所述电压数据转化器和所述信号接收发射器之间。

6.根据权利要求2所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，

所述数据采集单元还包括量程处理模块；

所述量程处理模块，用于根据所述采集回路和所述电物理量数据进行量程选择。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的基于虚拟仪器的数据采集装置，其特征在于，所述通信单元包括无线接收模块和无线发送模块。

8.一种基于虚拟仪器的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收移动终端输出的预设电测量参数；

根据所述预设电测量参数选取相应的采集回路；

根据所述采集回路采集被测设备相应的电物理量数据；

对所述电物理量数据进行数据转换处理，输出所述电物理量数据的测量值；将所述测量值发送给所述移动终端进行显示。

9.根据权利要求8所述的基于虚拟仪器的数据采集方法，其特征在于，在根据所述采集回路采集相应电物理量数据的步骤之后还包括步骤：

对所述电物理量数据进行转换，选取所述电物理量数据对应的电压值；

根据所述电压值，获取所述测量值。

10.根据权利要求8或9所述的基于虚拟仪器的数据采集方法，其特征在于，所述预设电测量参数包括所述移动终端预设的电流测量参数、电阻测量参数、电压测量参数以及测量范围。