CN202994896U - 便携式高精度亚纳安级电流测量仪 - Google Patents

便携式高精度亚纳安级电流测量仪 Download PDF

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高斌
熊兴良
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Abstract

本实用新型涉及一种小电流测量仪器,尤其是一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪,包括单片机控制单元、高精度电流电压转换单元、可编程放大器单元、滤波处理单元、高精度参考电压单元、存储单元、无线发送和接收单元、高精度参考电压输出单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元;单片机控制单元中的单片机内带D/A转换实现输出不同的参考电压;内带A/D转换实现对参考电压、高精度电流电压经滤波处理单元后的电压转换为数字值;内带的串口等可实现与无线发送和接收单元中的蓝牙模块进行通信。单片机同时实现对通过触摸屏输入的信息进行分析,并向其它部分发送相应的数据或控制信号;控制存储器保存数据或读出数据;控制LCD液晶实现各种相关信息的显示及通过无线发送和接收单元进行数据传输。

Description

便携式高精度亚纳安级电流测量仪
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种小电流测量仪器,尤其是一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪。
背景技术
[0002] 生物传感器是近50年发展起来的一种新的传感器技术,由生物、化学、物理、医学、电子技术等多种学科相互渗透而发展起来的新技术,现已成为一个活跃的研究领域,并展现出广阔的应用前景,在临床检验、生物医学研究、食品安全及环境保护的检测等领域得到了广泛的应用。其应用的检测方法很多,如电化学检测、阻抗谱检测、荧光和化学发光检测和表面等离子体共振谱检测等,但是目前因为电化学检测具有灵敏度高、选择性好、装置简单、体积小等优点,在生物传感器中应用最为广泛,尤其是在新近科研和应用的热点之一—基于微流控的生物传感器中。电化学检测可分为安培法、电导法和电位法等,而安培法因其灵敏度高、测量方便等应用极为广泛,如家用微型血糖仪就是采用的该方法。在该方法中,必须测量的量就是氧化还原反应中产生的电流,对于微流通道中、便携式生物传感器中应用该方法产生的电流很小,一般是纳安级到微安级,因而一种能测量小电流的仪器就显得非常有必要和重要。目前该类设备主要有通用型和专业型两类。通用型除了能测量电流之外,还可测量其它量,如电压、阻抗等功能,因此其体积比较大,功耗较高、不便于携带;专业型是针对某一具体物质的测量而设计的,如血糖仪;但这两种类型的小电流测量仪,它们目前均没有一种具有蓝牙无线传输功能,无法实现测量数据的无线传送。
发明内容
[0003] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪,它结构简单,体积小、便于携带,测量电流范围大,精度高,低功耗,使用操作方便,可实现数据的无线传送。
[0004] 本实用新型采用了如下技术方案:一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是:
[0005] I)、包括有单片机控制单元、高精度电流电压转换单元、可编程放大器单元、滤波处理单元、高精度参考电压单元、存储单元、无线发送和接收单元、高精度参考电压输出单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元;
[0006] 2)、单片机控制单元内部有D/A转换、A/D转换;单片机控制单元的D/A转换控制输出端口与高精度参考电压输出单元的输入端口连接,高精度参考电压输出单元输出端口分别与被检测的一端、可编程放大器单元的输入端和单片机控制单元的A/D转换输入端口连接,单片机控制单元的A/D转换输入端口还分别与高精度参考电压单元的输出端和滤波处理单元的输出端连接;单片机控制单元的信号输入输出端口分别与可编程放大器单元的信号输入输出口、触摸式LCD液晶显示单元的信号输入输出口、无线发送和接收单元信号输入输出口及存储单元的输入输出端口连接;高精度电流电压转换单元的输入端与被检测的另一端连接,高精度电流电压转换单元的输出端与可编程放大器单元的输入端连接,可编程放大器单元的输出端与滤波处理单元的输入端连接。
[0007] 前述单片机控制单元包括单片机、调试接口和相应的外围元器件,所述单片机的输入输出端口 P1、P2、P3 口分别与触摸式IXD液晶显示单元中的液晶显示输入输出接口和触摸芯片的输入输出端口连接;单片机的输入输出端口 P6 口分别与高精度参考电压输出单元的输入端及输出端、高精度参考电压单元和滤波处理单元的输出端连接;单片机的输入输出端口 P3、P4、P5 口分别与无线发送和接收单元中蓝牙模块的输入输出口和可编程放大器单元中可编程增益放大器的信号输入输出口连接;单片机的输入输出端口 P5 口与存储单元的输入输出口连接,调试接口与单片机的输入输出口对应连接。
[0008] 前述触摸式IXD液晶显示单元包括液晶显示屏、电阻型触摸屏、触摸芯片、液晶显示输入输出接口、触摸屏数据接口,液晶显示输入输出接口分别与前述单片机控制单元中单片机的输入输出端口 P1、P2 口和液晶显示屏的数据控制线连接;触摸芯片的输入输出端口与单片机控制单元中单片机的输入输出端口 P3 口连接,触摸屏数据接口与电阻型触摸屏的数据线连接。
[0009] 前述的可编程放大器单元包括可编程增益放大器及外围元件,可编程增益放大器的信号输入输出口与前述单片机控制单元中单片机的输入输出端口 P5 口连接,可编程增益放大器的输入端与前述高精度电流电压转换单元的输出端和高精度参考电压输出单元的输出端连接,可编程增益放大器的输出端与前述滤波处理单元的输入端连接。
[0010] 前述的无线发送与接收单元包括蓝牙模块及外围元件,蓝牙模块的输入输出端口分别与前述单片机控制单元中单片机的输入输出端口 P3、P4、P5、P6 口连接。
[0011] 本实用新型利用单片机控制单元控制可编程放大器单元和单片机Ul内带的A/D转换,实现将电流值转换为对应的数字值;利用外部高精度参考电压经A/D转换的值、单片机设定的不同放大倍数下的基准值和线性修正值对结果进行修正,得出精确的电流值,测量范围可从0.1nA到500mA;同时通过单片机内带D/A转换向外提供一个高精度参考电压;测量结果可通过存储单元及无线发送和接受单元将其保存起来和发送出去,并通过触摸式LCD液晶显示单元显示相应的输入的电流值、参考电压值和当前的放大倍数值等信息,通过触摸方式输入相应的信息。由于采用高精度可编程放大器、低功耗运放、低功耗单片机和低功耗液晶显示,因此具有体积小、功耗低、集成度高、性能稳定且测量精度高等优点,通过触摸屏操作,简化了操作;采用了蓝牙模块,可实现数据的无线传送,非常方便与计算机、手机等无线产品通信。本实用新型结构简单,体积小、便于携带,测量电流范围大,精度高,低功耗,使用操作方便,可实现数据的无线传送。
附图说明
[0012] 本实用新型上述结构可通过附图所提供的非限定性实施例进一步说明。
[0013] 图1为本实用新型的电路框图;
[0014] 图2为本实用新型中单片机控制单元的电路图;
[0015] 图3为本实用新型中触摸式IXD显示单元的电连接图;
[0016] 图4为本实用新型中可编程放大器单元的电路图;
[0017] 图5为本实用新型中无线发送与接收单元的电路图。具体实施方式
[0018] 下面参照附图说明本实用新型的实施方案。在图1所示的实施方案中,一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪,包括有单片机控制单元、高精度电流电压转换单元、可编程放大器单元、滤波处理单元、高精度参考电压单元、存储单元、无线发送和接收单元、高精度参考电压输出单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元;单片机控制单元内部有D/A转换、A/D转换;单片机控制单元的D/A转换控制输出端口与高精度参考电压输出单元的输入端口连接,高精度参考电压输出单元输出端口分别与被检测的一端、可编程放大器单元的输入端和单片机控制单元的A/D转换输入端口连接,单片机控制单元的A/D转换输入端口还分别与高精度参考电压单元的输出端和滤波处理单元的输出端连接;单片机控制单元的信号输入输出端口分别与可编程放大器单元的信号输入输出口、触摸式LCD液晶显示单元的信号输入输出口、无线发送和接收单元信号输入输出口及存储单元的输入输出端口连接;高精度电流电压转换单元的输入端与被检测的另一端连接,高精度电流电压转换单元的输出端与可编程放大器单元的输入端连接,可编程放大器单元的输出端与滤波处理单元的输入端连接。
[0019] 在图2所示的实施方案中,前述单片机控制单元包括单片机U1、调试接口 JKl和相应的外围元器件,所述单片机Ul的输入输出端口 P1、P2、P3 口分别与触摸式IXD液晶显示单元中的液晶显示输入输出接口 JK2和触摸芯片U2的输入输出端口连接;单片机Ul的输入输出端口 P6 口分别与高精度参考电压输出单元的输入端及输出端、高精度参考电压单元和滤波处理单元的输出端连接;单片机Ul的输入输出端口 P3、P4、P5 口分别与无线发送和接收单元中蓝牙模块U4的输入输出口和可编程放大器单元中可编程增益放大器U3的信号输入输出口连接;单片机Ul的输入输出端口 P5 口与存储单元的输入输出口连接,调试接口 JKl与单片机Ul的输入输出口对应连接。高精度电流电压转换单元包括运放AD8665、AD8628、LT6300芯片;滤波处理单元包括运放AD8628芯片和外围元器件;高精度参考电压单元包括超高精度参考电压芯片ADR423及外围元器件;存储单元包括AT24C512 ;高精度参考电压输出单元包括运放AD8628、LT6300芯片;供电单元分别采用稳压芯片LM1117-5.0、稳压芯片 LM1117-3.3、MC34063、LM7805、LM7905。
[0020] 单片机Ul采用16位MSP430F169单片机芯片,MSP430F169单片机芯片内带D/A转换实现输出不同的参考电压;内带A/D转换实现对参考电压、高精度电流电压经滤波处理单元后的电压转换为数字值;内带的串口等可实现与无线发送和接收单元中的蓝牙模块进行通信。单片机MSP430F169同时实现对通过触摸屏输入的信息进行分析,并向其它部分发送相应的数据或控制信号;控制存储器保存数据或读出数据;控制LCD液晶实现各种相关信息的显示及通过无线发送和接收单元进行数据传输等。
[0021] 单片机控制单元的电连接如图2所示,单片机Ul的输入输出P6 口中,节点RefVoltOut, RefVolt分别与分别与高精度参考电压输出单元的输入端、输出端相连;节点HighPrecRefVolt与高精度参考电压单元的输出端相连,节点VFilter与滤波处理单元的输出节点相连;单片机Ul的输入输出P1-P3 口中,节点DDODD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_Control、TCS、TDOUT, TDIN、TCLK, TBUSY, TPENIRQ 分别与触摸式IXD液晶显示单元中的液晶显示输入输出接口 JK2和触摸芯片U2的输入输出端口相连,单片机Ul的输入输出P3 口中节点BFRX、BFTX和单片机Ul的输入输出P4、P5及 P6 口中的节点 BFMODE、BFINT、BFBaudRateSetIBFBaudRateSet4、BFChanneISetIBFChanneISet6分别与无线发送和接收单元中的对应节点相连;单片机Ul的输入输出P5口中节点PGA113CS、PGA113D10、PGA113SCLK分别与可编程放大器单元中对应节点相连;单片机Ul的输入输出端口 P5 口中的节点SDA、SCL分别与存储单元中的输入输出节点相连;调试接口 JKl用于对单片机进行编程;供电节点AV3.0V、AV3.3V、DV3.3V、GND、AGND分别与供电单元中的高精度电源3.0V、模拟电源3.3V、数字电源3.3V、数字地、模拟地相连,为该单元提供工作电源。
[0022] 在图3所示的实施方案中,前述触摸式LCD液晶显示单元包括液晶显示屏、电阻型触摸屏、触摸芯片U3、液晶显示输入输出接口 JK2、触摸屏数据接口 JK3,液晶显示输入输出接口 JK2分别与前述单片机控制单元中单片机Ul的输入输出端口 P1、P2 口和液晶显示屏的数据控制线连接;触摸芯片U2的输入输出端口与单片机控制单元中单片机Ul的输入输出端口 P3 口连接,触摸屏数据接口 JK3与电阻型触摸屏的数据线连接。
[0023] 触摸芯片U3采用触摸芯片TSC2046、液晶显示屏采用液晶显示屏JM12864,在单片机控制单元的控制下实现输入和各种信息的显示。液晶显示输入输出接口 JK2的节点DDO—DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST 及节点 LCD_Control 分别与单片机控制单元中单片机的输入输出端口 P1、P2 口的对应节点和液晶显示屏的数据控制线相连,触摸芯片U2的输入输出端口 TCS、TDOUT, TDIN、TCLK, TBUSY, TPENIRQ分别与单片机的输入输出端口 P3 口的对应节点相连,供电节点VDD、VSS分别与供电单元中的数字电源3.3V、数字地相连,为该单元提供工作电源。
[0024] 在图4所示的实施例中,前述的前述的可编程放大器单元包括可编程增益放大器U3及外围元件,可编程增益放大器U3的信号输入输出口与前述单片机控制单元中单片机Ul的输入输出端口 P5 口连接,可编程增益放大器U3的输入端与前述高精度电流电压转换单元的输出端和高精度参考电压输出单元的输出端连接,可编程增益放大器U3的输出端与前述滤波处理单元的输入端连接。可编程增益放大器U3采用PGA113可编程增益放大器芯片,在单片机控制单元的控制下实现1、2、5、10、20、50、100和200几种放大倍数控制,以达到最大精度。节点PGA113CS、PGA113D10、PGA113SCLK分别与单片机控制单元中单片饥机Ul的输入输出P5中的对应节点相连;节点IVolt与高精度电流电压转换单元中的输出端相连;节点RefVolt与高精度参考电压输出单元的输出端相连;节点Vout与滤波处理单元中的输入节点相连;供电节点AV3.3V、DV3.3V、AGND, GND分别与供电单元中的模拟电源
3.3V、数字电源3.3V、模拟地、数字地相连,为该单元提供工作电源。
[0025] 在图5所示的实施例中,前述的无线发送与接收单元包括蓝牙模块U4及外围元件,蓝牙模块U4的输入输出端口分别与前述单片机控制单元中单片机Ul的输入输出端口 P3、P4、P5、P6 口连接。蓝牙模块U4采用无线发送接收蓝牙模块BFlO-1芯片,实现在单片机控制单元的控制下与电脑的蓝牙适配器、PDA、手机等通用蓝牙设备连接进行数据的无线传输。节点 BFRX、BFTX, BFMODE, BFINT, BFBaudRateSetlBFBaudRateSet4、BFChannelSetlBFChannelSet6分别与单片机控制单元中单片机Ul的输入输出端口P3、P4、P5、P6 口对应节点相连;供电节点DV3.3V,GND分别与供电单元中的数字电源3.3V、数字地相连,为该单元提供工作电源。[0026] 上述实施例也仅是用于说明本实用新型,不是对本实用新型的限制,在本实用新型的构思前提下对本实用新型的改进,都属于本实用新型权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是: 1)、包括有单片机控制单元、高精度电流电压转换单元、可编程放大器单元、滤波处理单元、高精度参考电压单元、存储单元、无线发送和接收单元、高精度参考电压输出单元、触摸式LCD液晶显示单元和供电单元; 2)、单片机控制单元内部有D/A转换、A/D转换;单片机控制单元的D/A转换控制输出端口与高精度参考电压输出单元的输入端口连接,高精度参考电压输出单元输出端口分别与被检测的一端、可编程放大器单元的输入端和单片机控制单元的A/D转换输入端口连接,单片机控制单元的A/D转换输入端口还分别与高精度参考电压单元的输出端和滤波处理单元的输出端连接;单片机控制单元的信号输入输出端口分别与可编程放大器单元的信号输入输出端口、触摸式LCD液晶显示单元的信号输入输出口、无线发送和接收单元信号输入输出口及存储单元的输入输出端口连接;高精度电流电压转换单元的输入端与被检测的另一端连接,高精度电流电压转换单元的输出端与可编程放大器单元的输入端连接,可编程放大器单元的输出端与滤波处理单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是前述单片机控制单元包括单片机(Ul)、调试接口(JKl)和相应的外围元器件,所述单片机(Ul)的输入输出端口 P1、P2、P3 口分别与触摸式IXD液晶显示单元中的液晶显示输入输出接口(JK2)和触摸芯片(U2)的输入输出端口连接;单片机(Ul)的输入输出端口 P6 口分别与高精度参考电压输出单元的输入端及输出端、高精度参考电压单元和滤波处理单元的输出端连接;单片机(Ul)的输入输出端口 P3、P4、P5、P6 口分别与无线发送和接收单元中蓝牙模块(U4)的输入输出口和可编程放大器单元中可编程增益放大器(U3)的信号输入输出口连接;单片机(Ul)的输入输出端口 P5 口与存储单元的输入输出口连接,调试接口(JKl)与单片机(Ul)的输入输出口对应连接。
3.根据权利要求1或2所述的便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是前述触摸式LCD液晶显示单元包括液晶显示屏、电阻型触摸屏、触摸芯片(U3)、液晶显示输入输出接口(JK2)、触摸屏数据接口(JK3),液晶显示输入输出接口(JK2)分别与前述单片机控制单元中单片机(Ul)的输入输出端口 P1、P2 口和液晶显示屏的数据控制线连接;触摸芯片(U2)的输入输出端口与单片机控制单元中单片机(Ul)的输入输出端口 P3 口连接,触摸屏数据接口(JK3)与电阻型触摸屏的数据线连接。
4.根据权利要求1或2所述的便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是前述的可编程放大器单元包括可编程增益放大器(U3)及外围元件,可编程增益放大器(U3)的信号输入输出口与前述单片机控制单元中单片机(Ul)的输入输出端口 P5 口连接,可编程增益放大器(U3)的输入端分别与前述高精度电流电压转换单元的输出端和高精度参考电压输出单元的输出端连接,可编程增益放大器(U3)的输出端与前述滤波处理单元的输入端连接。
5.根据权利要求1或2所述的便携式高精度亚纳安级电流测量仪,其特征是前述的无线发送与接收单元包括蓝牙模块(U4)及外围元件,蓝牙模块(U4)的输入输出端口分别与前述单片机控制单元中单片机(Ul)的输入输出端口 P3、P4、P5、P6 口连接。
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