CN207964920U - 支持安卓平台的便携式简易示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持安卓平台的便携式简易示波器，包括本体和设置在本体表面的显示屏，本体表面还设有测量接口和滑动开关，其特征在于通过内置模数转换器(ADC)的单片机将待测信号由模拟信号转换为数字信号，然后由内置单片机的处理器进行处理运算得到波形图、电压值、电流值和电阻值等特征数据，并输出至显示屏显示，由于还设有数据传输口连接安卓手机，实现数据实时传输至安卓手机端显示量程、电压、电流和电阻等特征值，还可以在安卓手机端调节量程大小回传给单片机，实现调节显示波形的功能，体积小巧，方便且实用。

Description

支持安卓平台的便携式简易示波器

技术领域

本实用新型涉及电子仪器领域，具体涉及一种支持安卓平台的便携式简易示波器。

背景技术

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。传统的示波器利用高速电子束撞击在荧光屏上，显示出细小的光点，根据被测信号的信号的瞬时值显示出变化的曲线，使用者可以直观地看出被测信号的多个特征值，如频率、相位和幅值等等信息。然而传统的示波器一般器材较为笨重，在学校中使用往往无法移动，需要在特殊的实验教室进行使用，因此日常学习过程中学生只能在实验室中使用示波器而无法随时随地测量得到想要的数据。

现有的示波器已经出现小型化的趋势，通过手持终端设备进行数据采样，然后传输至手机等智能设备作为显示屏进行显示输出，实现数字示波器的功能，从而提高了便携性。但是上述手持终端设备一般需要配备采样板和控制器，具有较高的硬件成本，普通学生难以承受，而且学生实验测量需要的数据一般精度要求不高，因此需要一种价格便宜、实用且适合学生实验测量的简易示波器。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种支持安卓平台的便携式简易示波器，成本低体积小巧，便于携带并易于操作。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种支持安卓平台的便携式简易示波器，包括本体和设置在本体上的显示屏，所述本体外侧还设有测量接口和滑动开关，其特征在于：所述本体上还设有数据传输口，所述本体内设有单片机，所述单片机分别与所述显示屏、所述测量接口、所述滑动开关和所述数据传输口连接，所述数据传输口可通过OTG连接线连接至安卓手机端并传输数据，所述测量接口外接探头，所述单片机可接收来自安卓手机端的控制代码，从而调节显示屏的显示模式和显示的波形图。

优选地，所述单片机与所述测量接口之间设置有输入放大模块，所述输入放大模块位于所述本体内，所述单片机内置有模数转化器，所述输入放大模块的输出端与所述模数转化器的输入端相连接。

优选地，所述输入放大模块包括电阻值不同的调节电阻和固定电阻，所述调节电阻和所述固定电阻的阻值之比为调节比例，所述调节电阻和所述固定电阻相串联后与所述测量接口相连接，所述调节电阻的两端为所述输入放大模块的输出端，所述模数转化器可以测得经过所述调节电阻分压后按调节比例缩小的电压值。

优选地，所述调节电阻和固定电阻的电阻值之比为1:5。

优选地，所述单片机为Arduino Nano开发板。

优选地，所述数据传输口为micro-USB接口，所述本体的表面上还设有连接所述单片机多个引脚的多个按钮，所述按钮通过发送信号至所述单片机并改变所述单片机内运行程序的参数，从而控制所述单片机输出不同的显示模式和调节显示波形的量程。

优选地，所述按钮共设有4个，分别为：

菜单/确认键，上调键，下调键和返回键。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于内置模数转换器(ADC)的单片机将待测信号由模拟信号转换为数字信号，然后由内置单片机的处理器进行处理运算得到波形图、电压值、电流值和电阻值等特征数据，并输出至显示屏显示，由于还设有数据传输口连接安卓手机，实现数据实时传输至安卓手机端显示量程、电压、电流和电阻等特征值，还可以在安卓手机端调节量程大小回传给单片机，实现调节显示波形的功能，体积小巧，方便且实用。

附图说明

图1为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器示意图。

图2为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器中部分部件连接示意图。

图3为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器的模块连接示意框图。

图4为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器中单片机的信号处理逻辑示意框图。

图5为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器中输入放大模块的简易电路示意图。

图6为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器的测量电阻的电路原理示意图。

图7为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器的安卓手机控制单片机的逻辑框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示的一种支持安卓平台的便携式简易示波器包括本体1，本体1的一侧面上安装有显示屏2，该侧面上靠近显示屏2的位置还排列多个按钮6，用于调节该示波器的显示，本实施例中，按钮共设有4个，分别为：菜单/确认键a，上调键b，下调键c和返回键d。本体1的另外几个侧面分别设置有滑动开关3、测量接口4和数据传输口5，滑动开关3用于控制该简易示波器的开启和关闭。本实施例中，测量接口4优选为3.5英寸标准接口，用于连接通用测量探头并传入测量数据，该测量接口4也可以替换为其他规格的接口，便于连接其他探头满足不同测试精度需求。本实施例中，显示屏2优选为OLED屏幕，具有成本低、功耗小的优点，为了使整个简易示波器小巧和便于携带，OLED屏幕的大小可选择0.6寸-4寸，本实施例中优选为0.96寸屏幕，显示区域长约21.7mm，宽约10.8mm。滑动开关3、测量接口4、数据传输口5、按钮6和显示屏2都与设置在本体1内部的单片机12相连接。本体1内部还设置有连接单片机12的锂电池，为整个设备提供电能，优选地，本实施例中的锂电池的电压为5V。

如图2和图3所示，本实施例中的单片机12优选为Arduino Nano开发板，该单片机12具有可编程、成本低、体积小巧、功耗低的优点,而且内置有模数转换器,即ADC，将数字信号转换为模拟信号。由于该ADC的量程最高只有5V，所以在单片机12与测量接口4之间设置有一安装在本体1内部的输入放大模块11，将输入的测量信号按调节比例缩小，然后经过ADC转换后，再经过单片机内置处理器按该调节比例放大，还原测量信号的数值，实现了扩大测量信号的量程。如图5输入放大模块电路示意图所示，输入放大模块11的输入端通过测量接口4和探头连接被测信号，输入放大模块11的输出端与ADC相连接,输入放大模块11利用电路的串联分压原理，设置有相串联的调节电阻R1和固定电阻R2，调节电阻R1和固定电阻R2串联后与测量接口4并联，测量接口4的一端通过探头与被测信号相连接，另一端通过探头接地，调节电阻R1和固定电阻R2的阻值之比为一固定值，然后将输入放大模块11的输出端与阻值较小的调节电阻R1两端相并联，实现输入放大模块11输出的信号按上述固定值缩小。本实施例中，调节比例为调节电阻R1和固定电阻R2的电阻值之比，优选为1：5，因此测量信号的量程扩大5倍后可以达到25V。

输入放大模块11处理后得到的调节信号仍为模拟信号，传输至单片机12经过ADC将模拟信号转化为数字信号，然后再经过单片机12内的处理器运行已经编译完成的运算程序，对输入的数字信号进行处理，得到被测信号的波形、电压、电流和电阻值等特征数据，然后输出至显示屏2实现显示输出，使用者再通过按压不同的按钮6，单片机12接收到对应的信号改变输出数据，从而实现在显示屏2上切换显示波形图、电压值、电流值或电阻值等，由于显示屏2的大小限制，显示的内容有限，因此在按压按钮6的过程中，需要多次按压菜单/确认键a和返回键d从而进入或退出菜单，并且需要多次按压上调键b和下调键c从而调整数值。

如图4所示为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器中单片机的信号处理逻辑示意框图，单片机12内的处理器储存有已经编译好的程序，单片机12内置的处理器可以根据程序设定进行运算，首先对输入的数字信号根据时间按一定频率采样，根据单位采样时间对数据组按横坐标(时间轴)依次排列，然后根据采样后的数据组的电压值按调整比例放大，计算得到每个数据点的纵坐标值，接着根据相邻两点的坐标数据，通过程序计算绘制将间隔的相邻两点的连接，然后画坐标轴、坐标轴刻度和边框，最后输出至显示屏2，清屏后显示波形图，当程序计算并绘制点的过程中，通过单片机12接收的信号改变横坐标和纵坐标的单位刻度值，便可调整显示波形图的大小，若改变采样频率则改变绘制波形的点的数量，提高采样频率可使输出的波形图更接近真实的波形。

数据传输口5包括micro-USB接口，micro-USB接口用于传输数据或传输充电电流，当该micro-USB接口通过OTG(On-The-Go)连接线连接至安卓手机后，单片机12自动判断并向安卓手机端传输数据，安卓手机端加载单片机12内部存储的驱动程序或通过联网安装与该型号单片机相匹配的驱动程序，安装完成后实现对单片机12的识别连接，并可向单片机发送数据。OTG(On-The-Go)技术就是在没有主机的情况下，实现不同设备或移动设备间的数据传送。OTG数据线用于将不同的设备或移动设备联接，进行数据交换。在显示屏2显示被测信号的波形图的同时，单片机12将测量数据实时传输至安卓手机端，并在安卓手机端上显示电压、电流和电阻等特征值，还可以显示波形的幅值、频率和量程大小，若显示屏2显示的波形图无法看到一个完整的波形，使用者可以通过安卓手机端输入合适大小的幅值和频率的量程等特征值回传给单片机2，代替了传统示波器上通过人工手动调节量程旋钮改变波形形状，对比多次按压按钮6进行选择和调节操作也更简便，最终实现在有限尺寸的显示屏2上显示合适的波形图，显示波形的频率范围可达到22Hz-30kHz。

micro-USB接口连接至外接电源时，单片机12自动进入充电模式，实现对锂电池的充电。

如图6所示为该支持安卓平台的便携式简易示波器测量电阻的电路原理示意图，已知U为该简易示波器内置的锂电池的电压5V，r为已知的简易示波器内部电阻，Rx为待测电阻且数据未知，由于单片机12的内置ADC可以得到待测电阻Rx两端的电压Ux，根据欧姆定律，可以得到I＝U/(r+Rx)和I＝Ux/Rx，然后将上述两个式子相结合，得到待测电阻Rx＝(Ux*r)/(U-Ux)，即可以求得待测电阻Rx具体值。

如图7所示为本实用新型的支持安卓平台的便携式简易示波器的安卓手机控制单片机的逻辑框图，单片机13通过OTG数据线与安卓手机端连接时，安卓手机端安装通用的单片机驱动程序，然后即可识别该单片机发送的实时数据，然后使用者根据需要手动调节安卓手机端显示的横、纵坐标轴的量程范围值，安卓手机端会根据使用者的输入发送一个控制代码，单片机通过识别该控制代码，完成相应的程序计算，然后将发送给显示屏2的显示数据进行对应的调整，即调节阈值、改变采用频率、改变横、纵坐标的比例、切换显示点或线的输出等，从而调节显示屏2显示的波形图。

该支持安卓平台的便携式简易示波器通过利用内置ADC的单片机将待测信号由模拟信号转换为数字信号，然后由内置单片机的处理器进行处理运算得到波形图、电压值、电流值和电阻值等特征数据，最终输出至显示屏显示，由于还设有数据传输口连接安卓手机，实现数据实时传输至安卓手机端显示电压、电流和电阻等特征值，还可以在安卓手机端调节量程大小回传给单片机，实现调节显示波形的功能，体积小巧，方便且实用。

尽管以上详细地描述了本实用新型的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种支持安卓平台的便携式简易示波器，包括本体(1)和设置在本体(1)上的显示屏(2)，所述本体(1)外侧还设有测量接口(4)和滑动开关(3)，其特征在于：所述本体(1)上还设有数据传输口(5)，所述本体(1)内设有单片机(12)，所述单片机(12)分别与所述显示屏(2)、所述测量接口(4)、所述滑动开关(3)和所述数据传输口(5)连接，所述数据传输口(5)可通过OTG连接线连接至安卓手机端并传输数据，所述测量接口(4)外接探头，所述单片机(12)可接收来自安卓手机端的控制代码，从而调节显示屏(2)的显示模式和显示的波形图。

2.如权利要求1所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述单片机(12)与所述测量接口(4)之间设置有输入放大模块(11)，所述输入放大模块(11)位于所述本体(1)内，所述单片机(12)内置有模数转化器，所述输入放大模块(11)的输出端与所述模数转化器的输入端相连接。

3.如权利要求2所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述输入放大模块(11)包括电阻值不同的调节电阻(R1)和固定电阻(R2)，所述调节电阻(R1)和所述固定电阻(R2)的阻值之比为调节比例，所述调节电阻(R1)和所述固定电阻(R2)相串联后与所述测量接口(4)相连接，所述调节电阻(R1)的两端为所述输入放大模块(11)的输出端，所述模数转化器可以测得经过所述调节电阻(R1)分压后按调节比例缩小的电压值。

4.如权利要求3所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述调节电阻(R1)和固定电阻(R2)的电阻值之比为1:5。

5.如权利要求2所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述单片机(12)为Arduino Nano开发板。

6.如权利要求1所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述数据传输口(5)为micro-USB接口，所述本体(1)的表面上还设有连接所述单片机(12)多个引脚的多个按钮(6)，所述按钮(6)通过发送信号至所述单片机(12)并改变所述单片机(12)内运行程序的参数，从而控制所述单片机(12)输出不同的显示模式和调节显示波形的量程。

7.如权利要求6所述的支持安卓平台的便携式简易示波器，其特征在于：所述按钮共设有4个，分别为：

菜单/确认键(a)，上调键(b)，下调键(c)和返回键(d)。