CN200986437Y - 数字化实验系统 - Google Patents
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Abstract
一种数字化实验系统，包括显示屏、计算机、总供电电源，分别与显示屏和计算机相连接的控制线路，置于控制线路上的总控制器，两个电源模块，连接于总控制器上的USB接口、存储器、I2C总线，通过多芯端子与I2C总线连接的智能传感器。总控制器从智能传感器上采集数据、处理数据，最后将相应的被测信号值通过显示屏显示出，并存入存储器内以及通过USB接口输出。智能传感器内包括传感器控制器，它能够控制传感器在线检测，在线调试，能够进行传感器热插拔的检测，通过多芯端子即插即用，操作方便，测量精度可以提高至少10％。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数字化实验系统，适用于测量各种信号数据的系统，包括：电流、电压、气压、力、磁场、温度以及光强等的测试系统。
背景技术
以前，在中学的实验室里，是用分立的实验仪器来做试验，测量一种数据，要换一种仪器，不仅实验不灵活方便，而且实验场所也只能限制在实验室内。目前(在先技术中)，在实验室内出现了一种数字化实验系统，但它存在着测量精度较低，人机交换比较复杂，不具备便携式离线测试功能，或者离线时操作时间短，存储量较低以及与计算机接口较少，测量不方便等问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种数字化实验系统，能够克服上述在先技术中存在的问题。
本实用新型所采取的技术方案是：提供一种数字化实验系统，包括：显示屏，计算机，总供电电源，分别与显示屏和计算机相连接的控制线路，置于控制线路上的总控制器，连接于总控制器与计算机之间的USB接口，连接到总控制器上的存储器、I2C总线和模拟光电耦合器，与I2C总线相连接的多芯端子，置于控制线路上与总供电电源相连接的两个电源模块，连接到多芯端子上的智能传感器。
所述的智能传感器包括：连接到多芯端子上的带有多脚接口的传感器控制器，连接到多芯端子上的信号调理电路，与信号调理电路相连接的被测信号输入源。
如上述本实用新型的结构，当使用本实用新型实验系统时，计算机通过USB接口向总控制器发出指令，同时，将所要测量数据相对应的智能传感器，比如要测量气压信号，就将智能气压传感器插入多芯端子上，智能传感器内的信号调理电路接收到来自被测信号输入源(可以是与被测信号“气压”相对应的普通气压传感器)的被测信号，并将其被测信号归一化为统一标准信号如0～5V，此标准信号通过多芯端子和I2C总线，输进到总控制器，总控制器将其电压模拟信号转换为数字信号，并经过计算比对后，将最终结果的数字信号转换为所要求测量的信号值比如电压值、电流值、气压值、压力值、温度值、光强值等，再将此测量结果显示在显示屏上，并存储在存储器内或者通过USB接口输出到计算机上，或打印等。所述的智能传感器内包括的传感器控制器内，存储有传感器的身份信息，自检信息，校验信息，校验码等，能够在线检测和在线调试。
如上所述的本实用新型的实验系统效果显著。
●如上述的结构，因为本实用新型内包括置于控制线路上的总控制器，它能够完成各种所要测量信号的显示，存储和输出；
●本实用新型因为通过多芯端子，可以同时接入多种智能传感器，智能传感器能够真正实现即插即用；
●本实用新型因为包括连接于总控制器上的模拟光电耦合器，它能够将来自电源模块上的模拟信号的干扰隔离掉，使其总控制器输出的被测信号值更准确，测量精度更高；
●本实用新型因为采用的是智能传感器，智能传感器内包括传感器控制器，能够在线检测传感器运行状况，在线检测，在先调试，能够自校，通过校准和补偿，能够使传感器的精度提高10％以上；
●本实用新型因为包括置于控制线路上与总供电电源相连接的两个电源模块，这两个电源模块即使与总供电电源断开，也能独立地较长时间地供电给实验系统，维持试验系统的运行；
●综上所述，本实用新型的实验系统结构简单，可以制成便携式的实验系统，含有USB接口与计算机连接方便，含有多芯端子，与智能传感器连接方便，所以本实用新型使用的场所广泛，不仅仅限制在实验室内使用。
如图说明
图1是本实用新型实验系统的结构示意图；
图2是图1中智能传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的结构特征。
如图1所示，本实用新型实验系统包括：显示屏1，计算机3，总供电电源5，分别与显示屏1和计算机3相连接的控制线路2，置于控制线路2内的总控制器201，连接于总控制器201与计算机3之间的USB接口202，连接到总控制器201上的存储器203、I2C总线204和模拟光电耦合器206，与I2C总线204连接的多芯端子205，置于控制线路2内与总供电电源5相连接的第一电源模块207、第二电源模块208，与多芯端子205连接的智能传感器4。
图2是图1中智能传感器4的结构示意图。如图2所示，智能传感器4包括：连接到多芯端子205上的带有多脚接口401的传感器控制器402，连接到多芯端子205上的信号调理电路404，与信号调理电路404相连接的被测信号输入源403。
所述的被测信号输入源403，当智能传感器4是智能电流传感器时，即被测信号是电流信号时，被测信号输入源403可以是连接到被测电流信号输入源上的电流电压变换电路。通过此电流电压变换电路将电流信号变换成电压信号后输入到信号调理电路404内，将其电压信号归一化为0～5V；
当智能传感器4是智能电压传感器时，即被测信号是电压信号时，被测信号输入源403可以是连接到被测电压信号源上的分压电路，通过此分压电路将输入的被测电压信号分压成所需要的电压值，再输入到信号调理电路404中归一化为0～5V；
当智能传感器4是测量气压、压力、磁场、温度、光强等信号时，被测信号输入源403是与被测信号相对应的(普通的)传感器，与所述被测信号相对应的是气压传感器、压力传感器、磁场传感器、温度传感器、光强传感器等，通过普通的传感器将被测信号转换成电压信号后输入到信号调理电路404中归一化为0～5V。
在本实施例中，所述的传感器控制器402和总控制器201都是带有多种端口的内嵌模/数转换器的含有混合信号的单片机芯片。在本实施例中，是采用Silicon Laboratories的C8051F系列混合信号SOC单片机芯片，再具体的说是采用C8051F06x系列的混合信号SOC单片机芯片。C8051F系列芯片均带有丰富的端口资源，例如：I2C、SPI、UART、PCA等端口，内嵌16位的A/D，使用非常方便；同时具有JTAG调试端口，能实现在线检测，在线调试；它含有高速时钟，能有效提高系统的反应速度；芯片功耗较低，适合开发便携式产品。采用这种芯片大大减少了系统的外围电路，也大大的提高了系统的稳定性，并节省了成本，一块芯片就可以节省成本300元(人民币)。
在本实施例中，显示屏1采用大屏幕液晶显示器和触摸屏构建系统的方便的人机交换界面。显示信息丰富，操作方便快捷，为系统丰富的离线测试功能的操作提供良好的平台。
在本实施例中，存储器203采用大容量的FLASH存储器，能够存储离线采集的数据。存储的数据内容丰富，包括测量次数、实验地点、实验时间以及测量数据等数据。能实现多通道的数据采集及存储。
在本实施例中，总供电电源5采用大容量的锂聚合物电池和比较先进的节能机构，能够大大提高系统离线状态的测试时间，使系统待机时间超过10小时。
在本实施例中，USB接口202采用高速的USB2.0接口，完成与计算机的通信，解决了原有的同类产品采用RS232通信接口传输速率较低，接口使用不普遍的问题，使产品的生存能力大大增加。
在本实施例中，采用隔离电源结构，包括两个电源模块207、208，实现传感器供电电源(第一电源模块207)与总控制器的电源(第二电源模块208)完全隔离，防止了控制器受到被测电路电源的冲击而运行不稳定。
在本实施例中，模拟光电耦合器206采用HCNR200模拟光电耦合器，这是采用了模拟信号隔离机构，实现将模拟信号的完全隔离。防止传感器的模拟信号对控制器的冲击。
本实施例中，多芯端子205采用统一的10芯S端子传递模拟及数字信号。对于智能传感器与多芯端子205之间的接口，本实施例中采用I2C总线，通过I2C总线连接总控制器与智能传感器。I2C总线传递智能传感器的身份信息、自检信息、校验码等，还有各智能传感器的校准信息和补偿函数的系数等。通过这些表征智能传感器的信息，智能传感器能实现真正的即插即用，而且通过校准和补偿，能将智能传感器的测量精度提高至少10％。
Claims (8)
1.一种数字化实验系统，包括：显示屏，计算机，总供电电源，其特征在于包括：分别与显示屏和计算机相连接的控制线路，置于控制线路上的总控制器，连接于总控制器与计算机之间的USB接口，连接到总控制器上的存储器、I2C总线和模拟光电耦合器，与I2C总线相连接的多芯端子，置于控制线路上与总供电电源相连接的两个电源模块，连接到多芯端子上的智能传感器。
2.根据权利要求1所述的数字化实验系统，其特征在于所述的智能传感器包括：连接到多芯端子上的带有多脚接口的传感器控制器，连接到多芯端子上的信号调理电路，与信号调理电路相连接的被测信号输入源。
3.根据权利要求2所述的数字化实验系统，其特征在于所述的被测信号输入源是连接到被测电流信号输入源上的电流电压变换电路。
4.根据权利要求2所述数字化实验系统，其特征在于所述的被测信号输入源是连接到被测电压信号源上的分压电路。
5.根据权利要求2所述的数字化实验系统，其特征在于所述的被测信号输入源是与被测信号相对应的传感器。
6.根据权利要求5所述的数字化实验系统，其特征在于所述的与被测信号相对应的传感器是气压传感器，或是压力传感器，或是磁场传感器，或是温度传感器，或是光强传感器。
7.根据权利要求2所述的数字化实验系统，其特征在于所述的传感器控制器是带有多种端口的内嵌模/数转换器的含有混合信号的单片机芯片。
8.根据权利要求1所述的数字化实验系统，其特征在于所述的总控制器是带有多种端口的内嵌模/数转换器的含有混合信号的单片机芯片。
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| CN101042813B (zh) * | 2006-12-31 | 2010-05-19 | 李彩珍 | 智能数字实验系统 |
| CN104677469A (zh) * | 2013-12-03 | 2015-06-03 | 上海航天设备制造总厂 | 液位传感器自动检测设备 |
| CN105139730A (zh) * | 2015-09-20 | 2015-12-09 | 兴化市成顺消防科技研究院有限公司 | 真空管光电效应实验演示仪 |
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