CN204926635U - 一种多路传感器应用系统 - Google Patents

Abstract

一种多路传感器应用系统，涉及试验应用和探究实验教学器具。设有传感器实验板、传感器组、扩展板、用电设备组、计算机；所述传感器实验板上设有传感器信号接口、AD/DA转换电路、开关组、控制电路、扩展电路接口、缓冲电路、实验板并口接口、模拟开关矩阵、无线透传模块、串口WiFi模块、USB转真并口模块、逻辑分析仪、RS-232串行标准接口、电流电压显示电路和音视频传感器。计算机、传感器、计算机语言构成试验设备；软件采用可视化语言编程，界面友好、其测量范围广、能通过网络在线获取传感器数据、具有网络学习平台功能、体积小便于携带、方便用户，可以根据自己的需要进行二次开发及扩展试验项目。

Description

一种多路传感器应用系统

技术领域

本实用新型涉及试验应用和探究实验教学器具，尤其是涉及一种多路传感器应用系统。

背景技术

传感器指的是能感受(或响应)规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及响应的电子线路组成。现有的传感器主要包括物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；物理量传感器包括光学传感器、温度传感器、力学传感器、磁传感器、转速传感器、流量与流速传感器、机械位移传感器、多轴传感器等；化学量传感器包括气体传感器、湿度传感器、离子传感器等；生物量传感器包括生理量传感器、生化量传感器等。

现有的传感器与单片机组成的实验测量仪器包括试验应用器具、实验教学器具和基于计算机语言学习的实验教学器具等。

试验应用器具包括少量传感器与单片机作为嵌入式产品，其优点为：体积小、成本低、携带方便；硬件对编程语言所写程序保密性好。缺点为：可读性差、图表功能不完善或编程难、操作不方便；二次开发需要计算机作为上位机，因为单片机的种类繁多，不同的单片机有不同的编程语言及程序，所以对于学习者来说增加了开发与学习的难度。

实验教学器具包括传感器与单片机作为嵌入式实验仪器，其优点为：作为单一传感器或少量传感器与单片机结合其体积小、成本低、携带方便；硬件对编程语言所写程序保密性好。缺点为：每次实验要更换传感器组件，增加管理难度；数据的可读性差、图表功能不完善或编程难、操作不方便；做成多路传感器与单片机结合，其体积变大、编程难度加大、成本高；二次开发需要计算机作为上位机，且不同的单片机有不同的编程语言及程序，对于学习者来说增加了开发难度。

基于计算机语言学习的实验教学器具由传感器、单片机及计算机组成，教学语言多数采用C语言C#语言及JAVA语言等，适用于大学、高职及中职计算机专业的学生学习。优点：有一定的教师队伍，成套的教材及实验室。缺点：计算机作为上位机，需要学习计算机语言、单片机编程语言两种以上编程语言，教学难度较大且学习者的学习难度大；做为实验器材需要传感器、单片机及计算机组成，因此成本高；二次开发需要计算机作为上位机，且不同的单片机有不同的编程语言及程序，对于学习者来说增加了开发难度。

中国专利CN201984699U公开一种传感器实验演示教具，主要用于各种传感器实验。包括一立板，所述立板上设有演示电路，该演示电路包括：电源、照明灯、电铃、照明灯控制开关和电铃控制开关，立板上有两个插孔，电源、照明灯、电铃、照明灯控制开关和电铃控制开关固定在立板上。当时行传感器实验时，将被测源演示电路，当传感器感受到被测量的信息时将其以电量的形式输出，这时接通照明灯或电铃的电路，照明灯亮，电铃响。电路简单、容易操作、成本低廉、元件可反复使用。实验使用的元器件符合现在市场发展水平，教学理念先进，能够帮助学生理论联系实际，树立学以致用的教育理念。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多路传感器应用系统。

本实用新型设有传感器实验板、传感器组、扩展板、用电设备组、计算机；

所述传感器实验板上设有传感器信号接口、AD/DA转换电路、开关组、控制电路、扩展电路接口、缓冲电路、实验板并口接口、模拟开关矩阵、无线透传模块、串口WiFi模块、USB转真并口模块、逻辑分析仪、RS-232串行标准接口、电流电压显示电路和音视频传感器；

所述传感器信号接口与传感器组连接，传感器信号接口中输出的模拟信号与AD/DA转换电路的模拟输入端连接，AD/DA转换电路与开关组连接；传感器信号接口的开关信号、数字信号输出端与开关组连接；开关组与缓冲电路连接；扩展电路接口与扩展板连接，扩展电路接口与缓冲电路连接；缓冲电路与模拟开关矩阵连接，缓冲电路输出信号端与逻辑分析仪连接；模拟开关矩阵的开关信号输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与用电设备组的输入端连接；模拟开关矩阵的信号输出端分别与实验板并口接口、USB转真并口模块、无线透传模块、串口WiFi模块、RS-232串行标准接口、逻辑分析仪连接；实验板并口接口、USB转真并口模块、无线透传模块、串口WiFi模块、RS-232串行标准接口、逻辑分析仪与计算机的接口连接；电流电压显示电路与传感器实验板电源连接；音视频传感器的输出端与计算机的接口连接。

所述开关组可设有指拨开关组和模拟开关组。

所述控制电路的输入端可设光耦隔离电路，控制电路可采用继电器组。

所述扩展电路接口可采用26针插槽，实验板并口接口可采用26针插槽或DB25针接口。

所述扩展板可设在传感器实验板上，或外置通过扩展电路接口与传感器实验板连接。

所述传感器组可设在传感器实验板上，或外置通过传感器信号接口与传感器实验板连接。所述传感器组包括但不限于物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；物理量传感器包括但不限于光学传感器、温度传感器、力学传感器、磁传感器、转速传感器、流量与流速传感器、机械位移传感器、多轴传感器等；化学量传感器包括但不限于气体传感器、湿度传感器、离子传感器等；生物量传感器包括但不限于生理量传感器、生化量传感器等。

所述电流电压显示电路可显示0～5A电流，0～5V、0～12V电压；5V电压可调。

本实用新型所述传感器实验板还可以简化为由传感器信号接口、AD/DA转换电路、控制电路、扩展电路接口、缓冲电路、实验板并口接口组成的简化传感器实验板，与传感器组、扩展板、用电设备组、计算机组成最小应用系统。通过实验板并口接口与无线透传模块、串口WiFi模块、USB转真并口模块连接组成独立的应用系统。

传感器实验板采集的信号经过开关矩阵后(或直接)与计算机并口连接，通过VB可视化语言完成所见即所得的传感器实验。

USB转真并口模块用于没有并口的计算机，传感器采集的信号经过开关矩阵桥接USB转真并口模块与计算机连接，通过VB可视化语言完成所见即所得的传感器实验。

所述计算机还设有LAN口、不少于4个USB口等，LAN模块与单片机组成的单片机控制系统经过LAN口与计算机连接，计算机作为上位机完成传感器实验。计算机USB口1、2：需要无线传输的，可以通过无线透传模块、WIFI模块与传感器实验板连接，计算机作为上位机完成传感器实验。计算机USB口3：将多通道逻辑分析仪记录的传感器时序信号或数字信号，传输到计算机，便于调试电路编写软件。等等。

无线透传、WIFI：无线透传具有发送和接收模式，传感器实验板上的无线透传接受来自传感器实验板外的无线透传进行信号传输及控制，也可以与来自传感器实验板外接在USB口的无线透传相连接，进行信号传输及控制；WIFI模块可以分为主从模块，能够实现主从模块及PC机之间的任意透明转换。

本实用新型将传感器、计算机与编程语言结合，可组成(windows系统)：

1)一个用计算机语言开发的与多路传感器组成的应用系统，可用于生产、科研、医学、环境保护等领域的物理量、化学量和生物量测量，并可在线获取测量数据,达到控制设备的目的。本实用新型的特点是：计算机、传感器、计算机语言构成试验设备；软件采用可视化语言编程，界面友好、其测量范围广、能通过网络在线获取传感器数据、具有网络学习平台功能、体积小便于携带、方便用户，可以根据自己的需要进行二次开发及扩展试验项目。

2)一个适合于中小学生、中职、高职学生及大学生的实验探究系统。通过计算机将计算机语言与传感器结合，让学生探究物理、化学、生物等自然现象；将传感器、软件与计算机联结，完成物理、化学、生物、通用技术、信息技术、综合实践活动等学科的实验。本实用新型的特点是：计算机、传感器、计算机语言构成实验系统，集成多种传感器方便学生开展多项目的传感器实验、能够在线获取数据，与互联网结合便于协同实验探究；教师学生可以根据自己的需要进行二次开发及扩展实验项目。

3)一个适合于中学生和中职学生学习VisualBasic(以下简称VB)语言与传感器的实验系统。通过计算机将VB语言与传感器结合，在基础教育阶段的学生和中职学生通过该平台学习VB语言及传感器知识；通过把VB编程的软件、传感器和计算机连接获取和分析数据，让学生探究物理、化学、生物等自然现象；将传感器、软件与计算机联结，完成物理、化学、生物、通用技术、信息技术、综合实践活动等学科的实验。本实用新型的特点是：通过将计算机并口(USB口、其它接口)、VB可视化编程语言、传感器联结直接构成所见即所得的学习与实验环境；该系统还可选择EXCEL中的VBA编程语言不仅具有观察到所见即所得的实验现象的功能，还可以实时通过EXCEL的图表功能记录实验过程；该系统中的传感器实验板不仅可以通过有线的方式与计算机连接，还可以通过无线及WIFI的方式与计算机连接，完成传感器的无线传输实验。

另外，传感器实验板还具有以下扩展功能：

本实用新型可以作为单个传感器进行实验，通过开关矩阵控制可以同时完成至少24个传感器实验。通过扩展板可增加传感器的实验数量；通过扩展板的扩展可同时控制至少64路外部设备；通过扩展板传感器与数字电路结合可完成更复杂的模拟及数字电路实验；将本系统与配套的探究实验平台软件结合，即将“互联网”与物理、化学、生物、信息技术、通用技术、综合实践活动等课程相结合，实现以上各学科实验的全过程评价，通过大数据记录并且分析学生个体实验及学校开设实验课的情况，提高学生的实验素养，变革实验考查方式。

本实用新型的适用范围如下：

通过传感器实验改变中学和中职计算机语言(不限于VB)的纯理论学习方式，通过可视化界面达到计算机语言与传感器实验所见即所得的学习效果。

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，为初中劳动技术课提供一个初步体验物联网的实验环境。

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，将高中通用技术的电子控制与机器人进行整合，提供初步物联网的学习环境，

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，为中学生课外兴趣小组或社团提供软硬件结合的实验环境。

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，为小学科学提供科学探究实验，通过数据图表记录动植物的成长过程。

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，为中职、高职乃至本科学生提供计算机语言与传感器学习的软硬件平台。

通过计算机语言(不限于VB)编写的程序、传感器与计算机结合，通过实验系统开发应用于工农业等其它行业的测量、控制产品。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成框图(传感器组、扩展板设在传感器实验板上)。

图2为本实用新型实施例的结构组成框图(传感器组、扩展板设在传感器实验板外)。

图3为本实用新型实施例的简化结构组成框图(简化传感器实验板，将传感器组、扩展板、无线透传模块、串口WiFi模块、USB转真并口模块、逻辑分析仪、RS-232串行标准接口设在传感器实验板外)。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型实施例设有传感器实验板1、传感器组2、扩展板3、用电设备组4、计算机5；所述传感器实验板1上设有传感器信号接口11、AD/DA转换电路12、开关组13、控制电路14、扩展电路接口15、缓冲电路16、实验板并口接口17、模拟开关矩阵18、无线透传模块19、串口WiFi模块20、USB转真并口模块110、逻辑分析仪111、RS-232串行标准接口112，电流电压显示电路113和音视频传感器114。所述传感器信号接口11与传感器组2连接，传感器信号接口11中输出的模拟信号与AD/DA转换电路12的模拟输入端连接，AD/DA转换电路12与开关组13连接；传感器信号接口11的开关信号、数字信号与开关组13连接；开关组13与缓冲电路16连接；扩展电路接口15的接口与扩展板3连接、扩展电路接口15与缓冲电路16连接；缓冲电路16与模拟开关矩阵18连接，缓冲电路16输出信号与逻辑分析仪111连接；模拟开关矩阵18输出的开关信号与控制电路14的输入端连接，控制电路14的输出端与用电设备组4的输入端连接；模拟开关矩阵18的信号分别与实验板并口接口17、USB转真并口模块110、无线透传模块19、串口WiFi模块20、RS-232串行标准接口112、逻辑分析仪111连接；实验板并口接口17、USB转真并口模块110、无线透传模块19、串口WiFi模块20、RS-232串行标准接口112、逻辑分析仪111与计算机5的接口连接；电流电压显示电路113与传感器实验板1电源连接；音视频传感器114的输出端与计算机5的接口连接。

所述传感器实验板1可以使用数字电路、模拟电路，可以板载电源电路。

所述开关组13可设有指拨开关组和模拟开关组，可以与模拟开关矩阵18组成开关矩阵。

所述控制电路14的输入端可设光耦隔离电路，控制电路14可采用继电器组。

所述扩展电路接口15可采用26针插槽，实验板并口接口17可采用26针插槽也可采用DB25针接口。

所述缓冲电路16可单向通信、双向通信及通信隔离，可实现多组8路控制。

所述扩展电路接口15采用26针插槽，扩展板3可以设在传感器实验板1上(图1)与扩展电路接口15连接，也可以设在传感器实验板1外(图2)通过连接线与扩展电路接口15连接；扩展板3可由洞洞板、面包板等方便学生做实验的电路板构成。扩展板3可扩展传感器实验板1上没有的传感器实验及数字电路、模拟电路等实验。

传感器的信号可以是开关量、脉冲量、PWM量、单总线、I2C总线、SPI等串行数据通信直接与计算机并口连接；模拟量的传感器通过AD/DA转换电路与计算机并口连接。

所述传感器组2可设在传感器实验板1上(图1)也可外置通过传感器信号接口11与实验板1(图2)连接。所述传感器组2包括但不限于物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；物理量传感器包括但不限于光学传感器、温度传感器、力学传感器、磁传感器、转速传感器、流量与流速传感器、机械位移传感器、多轴传感器等；化学量传感器包括但不限于气体传感器、湿度传感器、离子传感器等；生物量传感器包括但不限于生理量传感器、生化量传感器等。

所述电流电压显示电路可显示0～5A电流，0～5V、0～12V电压；5V电压可调。

本实用新型所述传感器实验板1还可以简化为由传感器信号接口11、AD/DA转换电路12、控制电路14、扩展电路接口15、缓冲电路16、实验板并口接口17组成的简化传感器实验板，与传感器组2、扩展板3、用电设备组4、计算机5组成最小应用系统(图3)。通过实验板并口接口17与无线透传模块19、串口WiFi模块20、USB转真并口模块110组成独立的应用系统。

多路传感器应用系统接口连接说明：

传感器采集的信号经过开关矩阵后直接与计算机并口连接，通过可视化语言完成所见即所得的传感器实验。

USB转真并口模块可用于没有并口的计算机，传感器采集的信号经过开关矩阵桥接(或直接连接)USB转真并口模块与计算机连接，通过VB可视化语言完成所见即所得的传感器实验。

所述计算机还设有LAN口、不少于4个USB口、并口、无线串口、WIFI、RS232等，LAN模块与单片机组成的单片机控制系统经过LAN口与计算机连接，计算机作为上位机完成传感器实验。计算机USB口1、2：需要无线传输的，可以通过无线透传模块、WIFI模块与实验板连接，计算机作为上位机完成传感器实验。计算机USB口3：将多通道逻辑分析仪记录的传感器时序信号或数字信号，传输到计算机，便于调试电路编写软件。

无线透传、WIFI：无线透传具有发送和接收模式，实验板上的无线透传接受来自板外的无线透传进行信号传输及控制，也可以与来自板外接在USB口的无线透传相连接，进行信号传输及控制；WIFI模块可以分为主从模块，能够实现主从模块及PC机之间的任意透明转换。

多路传感器应用系统软件说明：

计算机语言开发的多路传感器应用系统，用于物理量、化学量和生物量测量，并可在线获取测量数据,达到控制设备的目的。

用计算机语言开发的多路传感器应用系统，用于各类学校的探究实验。

基于VB学习的多路传感器应用系统。

本实用新型可提供针对中学生及中职学生学习计算机编程语言而开发的软件，VB语言编写的实验程序包括：

并口控制控制电路(LED灯)实验；

并口控制开关量实验；

并口控制脉冲量实验；

并口控制PWM量实验；

并口控制I2C总线实验；

并口控制串行数据通信实验；

并口控制模拟量、AD/DA转换电路实验，包括模拟转数字AD实验、数字转模拟DA实验、AD/DA互转实验；

并口与语音识别控制电路实验；

并口与视频控制电路实验；

并口控制脉冲量实验。

Claims (10)

1.一种多路传感器应用系统，其特征在于设有传感器实验板、传感器组、扩展板、用电设备组、计算机；

所述传感器实验板上设有传感器信号接口、AD/DA转换电路、开关组、控制电路、扩展电路接口、缓冲电路、实验板并口接口、模拟开关矩阵、无线透传模块、串口WiFi模块、USB转真并口模块、逻辑分析仪、RS-232串行标准接口、电流电压显示电路和音视频传感器；

所述传感器信号接口与传感器组连接，传感器信号接口中输出的模拟信号与AD/DA转换电路的模拟输入端连接，AD/DA转换电路与开关组连接；传感器信号接口的开关信号、数字信号输出端与开关组连接；开关组与缓冲电路连接；扩展电路接口与扩展板连接，扩展电路接口与缓冲电路连接；缓冲电路与模拟开关矩阵连接，缓冲电路输出信号端与逻辑分析仪连接；模拟开关矩阵的开关信号输出端与控制电路的输入端连接，控制电路的输出端与用电设备组的输入端连接；模拟开关矩阵的信号输出端分别与实验板并口接口、USB转真并口模块、无线透传模块、串口WiFi模块、RS-232串行标准接口、逻辑分析仪连接；实验板并口接口、USB转真并口模块、无线透传模块、串口WiFi模块、RS-232串行标准接口、逻辑分析仪与计算机的接口连接；电流电压显示电路与传感器实验板电源连接；音视频传感器的输出端与计算机的接口连接。

2.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述开关组设有指拨开关组和模拟开关组。

3.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述控制电路的输入端设光耦隔离电路。

4.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述控制电路采用继电器组。

5.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述扩展电路接口采用26针插槽，实验板并口接口采用26针插槽或DB25针接口。

6.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述扩展板设在传感器实验板上，或外置通过扩展电路接口与传感器实验板连接。

7.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述传感器组设在传感器实验板上，或外置通过传感器信号接口与传感器实验板连接。

8.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述传感器组包括物理量传感器、化学量传感器和生物量传感器；物理量传感器包括光学传感器、温度传感器、力学传感器、磁传感器、转速传感器、流量与流速传感器、机械位移传感器、多轴传感器；化学量传感器包括气体传感器、湿度传感器、离子传感器；生物量传感器包括生理量传感器、生化量传感器。

9.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述电流电压显示电路显示0～5A电流，0～5V、0～12V电压。

10.如权利要求1所述一种多路传感器应用系统，其特征在于所述计算机设有LAN口、不少于4个USB口，LAN模块与单片机组成的单片机控制系统经过LAN口与计算机连接，计算机作为上位机完成传感器实验。