CN208969150U - 一种基于安卓显示的便携式数字示波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于安卓显示的便携式数字示波器，包括示波器本体以及安卓显示设备，示波器本体通过无线网络与安卓显示设备相连；示波器本体包括壳体、设于壳体上的按键、设于壳体内的PCB电路板以及设于壳体侧面的探测头接口，探测头接口上嵌插有探测头。本实用新型采用安卓显示设备取代液晶屏，利用了安卓设备的硬件资源，降低了示波器的成本，并大大减小了系统硬件体积，减少了示波器繁琐的按键，人机交互界面好。

Description

一种基于安卓显示的便携式数字示波器

技术领域

本实用新型涉及存储示波器领域，特别是一种基于安卓显示的便携式数字示波器。

背景技术

近年来，在数字示波器技术研究领域国内品牌也得到了许多相当不错的成果。但是总体上我国示波器领域的水平还是比较落后的，国内品牌的数字示波器在集成化、智能化、数字化等方面和国外相比还是有相当的差距。在国内，数字示波器领域的技术研究尚处于初级阶段，品牌数字示波器几乎被国外厂家全部占领。但是由于国内消费水平相对较低，昂贵的数字示波器的消费能力非常有限，难于普及，仍然还有大量的模拟示波器在使用，这些都严重的妨碍我国在数字示波器领域的发展。

传统的模拟示波器存在诸多弊端：第一，模拟示波器升级困难；第二，模拟示波器的造价高；第三，模拟示波器的精度低；第四，模拟示波器操作复杂；第五，模拟示波器处理的是模拟信号，模拟信号处理起来很困难。基于以上的考虑，数字示波器的开发是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于安卓显示的便携式数字示波器，采用安卓显示设备取代液晶屏，利用了安卓设备的硬件资源，降低了示波器的成本，并大大减小了系统硬件体积，减少了示波器繁琐的按键，人机交互界面好。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于安卓显示的便携式数字示波器，包括示波器本体以及安卓显示设备，示波器本体通过无线网络与安卓显示设备相连；示波器本体包括壳体、设于壳体上的按键、设于壳体内的PCB电路板以及设于壳体侧面的探测头接口，探测头接口上嵌插有探测头；壳体背面设置有用于放置探测头的插槽；

PCB电路板上布置有微控制器、电源电路、信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路和无线数据传输电路；探测头接口的信号端依次通过信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路、微控制器与无线数据传输电路相连；

壳体下端设置有电源接口和多个数据接口，数据接口包括UART、USB、SPI、PCM和SPDIF接口。

优选的，无线数据传输电路包括蓝牙模块，蓝牙模块为博陆科公司的BLK-MD-BC04-B型蓝牙模块。

优选的，信号采集电路包括A/D转换器和FIFO缓存器。

优选的，FIFO缓存器为IDT7203型号的FIFO芯片。

优选的，微控制器为STM32F103型单片机。

优选的，壳体内还设置有锂电池腔，锂电池腔内装有锂电池，锂电池为PCB电路板提供电能。

本实用新型的有益效果是：

(1)将示波器的体积大大减小，利用现有的安卓设备替代传统的示波器显示屏，降低了示波器的器件成本；

(2)示波器的按键少，接口多，能通过蓝牙与其他设备相连，大大减小了系统硬件体积，减少了示波器繁琐的按键。

附图说明

图1为本实用新型的正面结构示意图；

图2为本实用新型背面结构示意图；

图3为本实用新型微控制器电路图；

图4为本实用新型升压电路图；

图5为本实用新型负电压转换电路图；

图6为本实用新型信号采集电路图；

图7为本实用新型程控放大电路图；

图8为本实用新型电平移位电路图；

图9为本实用新型波形整形电路图；

图10为本实用新型蓝牙模块电路图；

图中，101-壳体，102-按键，103-电源接口，104-数据接口，105-探测头接口，106-插槽。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例：

一种基于安卓显示的便携式数字示波器，请参阅附图1-附图2所示，包括示波器本体以及安卓显示设备，示波器本体通过无线网络与安卓显示设备相连；示波器本体包括壳体101、设于壳体101上的按键102、设于壳体101内的PCB电路板以及设于壳体101侧面的探测头接口105，探测头接口105上嵌插有探测头；壳体101背面设置有用于放置探测头的插槽106；

PCB电路板上布置有微控制器、电源电路、信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路和无线数据传输电路；探测头接口105的信号端依次通过信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路、微控制器与无线数据传输电路相连；

壳体101下端设置有电源接口103和多个数据接口104，数据接口104包括UART、USB、SPI、PCM和SPDIF接口。

在本实用新型中，由于示波器将显示屏分离出去，因此，可以仅仅只包含处理模块，从而大大降低了示波器的成本，也减小了示波器的体积。本实用新型的示波器本体的壳体背部设置有插槽106，插槽106主要用于放置探测头，一般探测头在使用时，直接嵌插到探测头接口105上即可，而在使用之前，需要开启无线数据传输开关，使得示波器本体与安卓显示设备相连，这样的话，探测后能直接将波形图反馈到安卓显示设备上，既节约资源，又便携性强，移动方便。

在本实用新型中，请参阅附图3所示，微控制器电路采用STM32F103系列单片机作为控制核心。STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核，其具有最高72MHz的工作频率，能够满足系统对速度的要求。

在本实用新型中，请参阅附图4所示，电源电路采用锂电池供电，锂电池选用目前市场上性价比最高的18650电池，容量为2000mAh，并可充电。因为锂电池的电压为3.7V，因此需要设计一个升压电路把电压升压到5V，才能给系统供电。

此外，还需要设计一个负电压转换电路，请参阅附图5所示，以产生-5V来给运放供电。负电压转换电路采用芯片ICL7660来完成，该芯片具有成本低、电路结构简单等优点。

在本实用新型中，信号采集电路是数字示波器和模拟示波器在本质上的区别，请参阅附图6所示，其组成包括模拟信号的调理和数字信号的处理。数字示波器的性能也主要是受到信号采集系统的限制，因此对数字示波器来说，一个好的信号采集系统是至关重要的。本实用新型的信号采集电路主要包括A/D转换器和FIF0缓存器。

A/D转换器是模拟信号转换为数字信号的核心部分，其作用是将模拟信号转换为便于存储和处理的数字信号。在本申请中选用的AD转换芯片为TI公司的8位高速AD转换器ADS830E，它的采样频率为10kSa/s～60MSa/s，通过实验发现转换速率在lK以下也能正常工作，本申请的最低采样频率为600Sa/s。由于高速AD转换器一般都有高低端转换速率的限制，选择AD转换芯片时，不仅要注意最高转换速率还要关注最低转换速率，否则可能导致电路无法正常工作。

A/D采样出来的数据，是随采样时钟和被测信号的变化而变化的，所以要能够再现被测信号，必须要把每次采集的数据存人缓存器。FIF0就是一个典型的缓存器，它是一个先进先出的存储器，可同时对存储空间进行读写，没有地址线，第一个读出来的数据是第一个写进去的数据。在本设计中选择了专门的FIFO芯片IDT7203。

在本实用新型中，请参阅附图7所示，程控放大电路主要是对被测信号在幅度上进行线性处理，使信号在垂直方向上处于A/D转换器的输入范围内。待测模拟信号输入到数字示波器时首先要经过相关的处理才能够送给ADC，因为ADC对输入电压的幅度有一定的要求，比如2V～3V，或者1.5V～3.5V等。对于输入的模拟信号，要根据不同的垂直灵敏度做出调整，具体说就是把小电压信号放大，将大电压信号衰减使之符合ADC的输入电压范围。因此，需要对电压大小不同的信号进行增益调整，也就是需要一个程控放大电路。

本实用新型采用可变增益放大器AD603来构成程控放大电路。AD603是AD公司推出的一种低噪声且由电压控制的增益放大器。它提供精确的、可由管脚选择的增益，它的增益是线性变化的，且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性，增益变化的范围40dB，增益控制转换比例25mV/dB，响应速度为40dB，变化范围所需时间小于1us。AD603内部包含一个七级R-2R梯形网络组成的0dB到-42.14dB的可变衰减器和一个固定增益的放大器，此固定增益放大器的增益可通过外接不同反馈网络的方式改变，以选择AD603不同的增益变化范围。

本实用新型因为ADS830E的模拟输入电压范围是1.5V～3.5V，请参阅附图8所示，输入中点电压为2.5V，所以基线电压应为2.5V。因此需要设计一个电平移位电路，把前级经过调理后的信号叠加2.5V，以满足AD转换器的电压输入范围。

IN为前级调理后的输入信号，ADC端接到AD转换器的输入端，Level为单片机的PWM输出端。单片机输出的PWM经过RC低通滤波器之后，将会变成一个和占空比相对应的电压值，从而实现了通过改变PWM的占空比来改变信号波形的基线。

频率的测量采用单片机外部中断/INT，对频率测量电路产生的脉冲进行计数，再通过对测量数据的校正来完成。为抑制干扰引起的误翻转，本设计应用滞回比较电路，将信号由反向端输入。如公式1所示，电路的正向阈值电压满足公式1，对应于输出信号的下降沿；其负向阈值电平为0V，对应于输出信号的上升沿。

u_x＝5V×R₁₈/(R₁₄+R₁₈) 公式1

在数字测量和控制系统中，由传感器送来的波形边沿较差，此外，脉冲信号经过远距离的传输后，往往会发生各种各样的畸变，利用滞回比较电路可以对这些信号进行整形，整形电路图参阅附图9所示。

本实用新型把采集到的波形数据发送到安卓设备平台进行显示，并使用蓝牙技术进行无线数据传输，请参阅附图10所示。本申请选用博陆科公司的BLK-MD-BC04-B型蓝牙模块，其采用英国CSR公司Blue Core4-Ext芯片，遵循V2.1+EDR蓝牙规范。其支持UART、USB、SPI、PCM、SPDIF等接口，并支持SPP蓝牙串口协议，具有成本低、体积小、功耗低、收发灵敏性高等优点，只需配备少许的外围元件就能实现其强大功能。

该蓝牙模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC机的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代串口线。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，包括示波器本体以及安卓显示设备，示波器本体通过无线网络与安卓显示设备相连；示波器本体包括壳体、设于壳体上的按键、设于壳体内的PCB电路板以及设于壳体侧面的探测头接口，探测头接口上嵌插有探测头；壳体背面设置有用于放置探测头的插槽；

PCB电路板上布置有微控制器、电源电路、信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路和无线数据传输电路；探测头接口的信号端依次通过信号采集电路、程控放大电路、电平移位电路、频率测量电路、微控制器与无线数据传输电路相连；

壳体下端设置有电源接口和多个数据接口，数据接口包括UART、USB、SPI、PCM和SPDIF接口。

2.根据权利要求1所述一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，无线数据传输电路包括蓝牙模块，蓝牙模块为博陆科公司的BLK-MD-BC04-B型蓝牙模块。

3.根据权利要求1所述一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，信号采集电路包括A/D转换器和FIFO缓存器。

4.根据权利要求3所述一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，FIFO缓存器为IDT7203型号的FIFO芯片。

5.根据权利要求1所述一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，微控制器为STM32F103型单片机。

6.根据权利要求1所述一种基于安卓显示的便携式数字示波器，其特征在于，壳体内还设置有锂电池腔，锂电池腔内装有锂电池，锂电池为PCB电路板提供电能。