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專利名稱：一種具有usb接口的智能儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能儀器，尤其涉及一種具有USB接口的智能儀器。
背景技術(shù)：
目前，很多智能儀器通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連接來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。USB是Universal Serial Bus，通用串行總線的縮寫。一個(gè)USB接口系統(tǒng)包括一個(gè)USB主機(jī)、一個(gè)或一個(gè)以上的USB設(shè)備(計(jì)算機(jī)是主機(jī)，智能儀器是設(shè)備)。當(dāng)前最新版本的USB接口標(biāo)準(zhǔn)為USB2.0，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，USB接口系統(tǒng)中使用的接口包括用于上傳數(shù)據(jù)到USB主機(jī)的A型插頭/插座，用于下傳數(shù)據(jù)到USB設(shè)備的B型插頭/插座，以及適用于小體積設(shè)備的mini-B插頭/插座(功能與B型插頭/插座相同，用于下傳數(shù)據(jù)到USB設(shè)備)。主機(jī)如計(jì)算機(jī)上安裝有多個(gè)A型插座，設(shè)備如智能儀器上安裝的是一個(gè)B型插座，兩者之間通過一端是A型插頭，一端是B型插頭的USB連接線相連。
由于USB接口具有即插即用(PNP)，速度快(USB2.0可支持480Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率)，可通過計(jì)算機(jī)為設(shè)備提供電力(5V/500mA)等眾多優(yōu)點(diǎn)。因此許多智能儀器采用USB接口，如中國專利
提到的一種生物信號采集處理儀，中國專利
提到的一種實(shí)時(shí)信號分析儀。但這些智能儀器都存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1、儀器體積較大，不利于外出隨身攜帶。
2、儀器的USB接口必須通過連接線才能與計(jì)算機(jī)的USB接口(A型插座)相連，不但連接關(guān)系復(fù)雜，而且不利于儀器向微型化發(fā)展。
3、儀器耗電量大，計(jì)算機(jī)通過USB接口向智能儀器提供的電能不能滿足智能儀器的需要，因此往往需要外界再提供交流電源來供電，這樣不利于野外作業(yè)。
因此，我們迫切需求一種體積小、使用方便的具有USB接口的智能儀器。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明需要解決的問題在于提供一種體積小、使用方便的具有USB接口的智能儀器。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種具有USB接口的智能儀器。該儀器用于與具有USB接口的計(jì)算機(jī)相連接且進(jìn)行信號傳輸及處理，其包括被控對象；數(shù)據(jù)采集器，用于采集被控對象的數(shù)據(jù)；處理器，用于接收數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)并通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理；信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制被控對象的控制信號；所述數(shù)據(jù)采集器、處理器以及信號發(fā)生器集成于一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計(jì)算機(jī)上的USB接口相適配且兩者直接相連。
作為一個(gè)實(shí)施例，該智能儀器還包括信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制被控對象的控制信號。所述被控對象為恒電位儀，所述集成電路板為還集成了恒電位儀的電化學(xué)分析儀電路板。所述USB接口為A型USB插頭，或者為其它能直接與A型USB插座相連的接口。所述處理器包括與信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集器電連接的先進(jìn)先出電路，該先進(jìn)先出電路有效地改善了處理器處理數(shù)據(jù)的效率。所述電化學(xué)分析儀電路板還包括為其提供電能的電源模塊，該電源模塊與所述USB接口電連接且可以通過該USB接口直接從計(jì)算機(jī)取得電能，這樣省去了外加電源，有利于隨身攜帶。所述信號發(fā)生器為20位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以提高控制信號的精度。所述數(shù)據(jù)采集器為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以提高數(shù)據(jù)采集的精度。所述集成電路板外包裹有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼，對電路板實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實(shí)現(xiàn)高精度的電化學(xué)測量和控制。所述電化學(xué)分析儀電路板還包括與恒電位儀電連接的擴(kuò)展插槽，該擴(kuò)展插槽可以外接傳感器、電極、或其他儀器，擴(kuò)大該電化學(xué)分析儀電路板的功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有USB接口的智能儀器一方面將各個(gè)功能電路集成于一電路板上，加強(qiáng)電路的集成度，有效地減小儀器的體積；另一方面儀器通過與計(jì)算機(jī)相適配的USB接口直接連接于計(jì)算機(jī)上的USB接口，省去了連接線，簡化了連接關(guān)系。因此，本發(fā)明具有USB接口的智能儀器具有體積小(6.0cm×2.0cm×0.7cm)，使用方便的有益效果。
為使本發(fā)明更加容易理解，下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步闡述本發(fā)明具有USB接口的智能儀器。


圖1為本發(fā)明具有USB接口的智能儀器一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明具有USB接口的智能儀器一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的功能模塊圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具有USB接口的智能儀器用于與具有USB接口的計(jì)算機(jī)相連接，且與該計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理。該智能儀器包括被控對象；數(shù)據(jù)采集器，用于采集被控對象的數(shù)據(jù)；處理器，用于接收數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)并通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理；信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制被控對象的控制信號；所述數(shù)據(jù)采集器、處理器以及信號發(fā)生器集成于一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計(jì)算機(jī)上的USB接口相適配且兩者直接相連。以下具體以一種電化學(xué)分析儀為例對本發(fā)明具有USB接口的智能儀器進(jìn)行詳細(xì)說明。
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述電化學(xué)分析儀的被控對象為恒電位儀。參考圖1-2，本實(shí)施例中的電化學(xué)分析儀包括集成電路板80、包裹于該集成電路板80外部的外殼90、與該電路板80電連接的恒電位儀70、以及直接焊接于電路板80上的USB接口10。所述外殼90為金屬外殼，當(dāng)然也可以表面是金屬電鍍的外殼。該外殼90不但起到保護(hù)集成電路板80的作用，而且對集成電路板80實(shí)施電磁屏蔽，減少外界干擾，有效地實(shí)現(xiàn)儀器高精度的電化學(xué)測量和控制。所述USB接口10是與計(jì)算機(jī)上的USB接口10相適配的A型USB接口，其一端直接焊接于電路板80上，其另一端為USB插座或插頭，且形狀與計(jì)算機(jī)上的USB插頭或插座相適配，該端的USB插座或插頭可以直接插接于計(jì)算機(jī)上的USB插頭或插座上。這樣就不再需要連接線來連接于儀器與計(jì)算機(jī)之間，解決了原來計(jì)算機(jī)上的A型USB接口(插頭或插座)與儀器上的B型USB接口(插頭或插座)不能直接連接的問題。所述集成電路板80還包括與恒電位儀70電連接的擴(kuò)展插槽81，該擴(kuò)展插槽81可設(shè)置于儀器尾端或側(cè)面。儀器通過擴(kuò)展插座81可以連接電極或傳感器，也可以和其他儀器連接，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，如各種測試方法的聯(lián)用及有線、無線通訊控制。該結(jié)構(gòu)的簡單擴(kuò)充可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行，無需外聯(lián)計(jì)算機(jī)支持，并可同時(shí)保持USB聯(lián)機(jī)功能。
所述集成電路板80為電化學(xué)分析儀電路板，該電路板80上的電路包括電源模塊20、處理器30、信號發(fā)生器40、數(shù)據(jù)采集器50以及數(shù)字輸入輸出電路60。所述USB接口10與電路板80連接的一端包括四個(gè)引腳11，該引腳11直接焊接于電路板80上，其中兩個(gè)引腳11與處理器30電連接，用于處理器30與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另外兩個(gè)引腳11與電源模塊20電連接，用于計(jì)算機(jī)向電源模塊20傳輸電能。電源模塊20通過隔離濾波后獲得各種正負(fù)電源為電路板80上的電路提供電能。
所述處理器30包括與USB接口10電連接的CPU31、為CPU31提供時(shí)鐘頻率的時(shí)鐘32、為CPU31提供暫存的靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM33、與CPU31連接的存儲器36、分別與信號發(fā)生器40和數(shù)據(jù)采集器50電連接的先進(jìn)先出電路34以及通用邏輯控制器35。所述存儲器36是采用高密度體積小的EEPPOM，該存儲器36用于保存數(shù)據(jù)及程序，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失。所述先進(jìn)先出電路34有效地改善了處理器30處理數(shù)據(jù)的效率。所述通用邏輯控制器35分別與信號發(fā)生器40、數(shù)據(jù)采集器50以及數(shù)字輸入輸出電路60電連接。所述信號發(fā)生器40具體為將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制恒電位儀70的模擬信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所述數(shù)據(jù)采集器50具體為采集恒電位儀70數(shù)據(jù)并將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。本實(shí)施例采用超小型高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述信號發(fā)生器為20位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以提高控制信號的精度。所述數(shù)據(jù)采集器為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以提高數(shù)據(jù)采集的精度。當(dāng)采用20位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)，其最高電位分辨率可達(dá)10uV。
所述恒電位儀70分別與電路板30上的信號發(fā)生器40、數(shù)據(jù)采集器50以及數(shù)字輸入輸出電路60電連接。
當(dāng)電化學(xué)分析儀工作時(shí)，處理器30通過USB接口10與外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，處理器30根據(jù)存儲器36里預(yù)定的程序或計(jì)算機(jī)傳來的指令控制信號發(fā)生器40、數(shù)據(jù)采集器50以及數(shù)字輸入輸出電路60將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號對恒電位儀70進(jìn)行精確控制。恒電位儀70的相應(yīng)信號通過數(shù)據(jù)采集器50轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，處理器30根據(jù)選定的分析方法及測試原理對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到最終的分析信號和分析結(jié)果，而后將最終分析信號和分析結(jié)果存儲于存儲器36或通過USB接口10上傳至計(jì)算機(jī)。
本實(shí)施例在上述結(jié)構(gòu)上還進(jìn)行以下改進(jìn)1、采用具有USB2.0接口的小體積高性能處理器芯片，芯片內(nèi)部集成了靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM，先進(jìn)先出存儲器FIFO，通用輸入輸出接口GPIO等功能模塊，實(shí)現(xiàn)對測控過程的全程控制記錄，并實(shí)時(shí)測控、采集、處理并存儲結(jié)果，或?qū)崟r(shí)將采集結(jié)果高速傳輸?shù)絇C機(jī)，最高傳輸速度可達(dá)480Mbps。
2、采用T型網(wǎng)絡(luò)，用3個(gè)模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)了6個(gè)物理量程，擴(kuò)展了恒電位儀的電流測量范圍。
3、軟件設(shè)計(jì)了特殊算法，利用恒電位儀實(shí)現(xiàn)了恒電流控制和恒電阻控制，減小了儀器體積，增強(qiáng)了儀器功能，拓展了儀器的應(yīng)用范圍。設(shè)計(jì)了軟件濾波程序，可用多種方法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波，省去了硬件濾波器，減小了儀器體積4、采用小體積插接件等。電路板上安裝了超小體積2.5mm四芯插孔，配套外接傳感器或外接功能模塊也安裝有相應(yīng)插頭，體積小巧，插拔方便。同時(shí)設(shè)計(jì)了采用相應(yīng)插頭的通用連接線，可連接各種其它儀器，實(shí)現(xiàn)了通用性。
本發(fā)明具有USB接口的智能儀器一方面將各個(gè)功能電路集成于一電路板上，加強(qiáng)電路的集成度，有效地減小儀器的體積；另一方面儀器通過與計(jì)算機(jī)相適配的USB接口直接連接于計(jì)算機(jī)上的USB接口，省去了連接線，簡化了連接關(guān)系。因此，本發(fā)明具有USB接口的智能儀器具有體積小、使用方便的有益效果。
當(dāng)然，所述恒電位儀可以集成于所述電路板上，如本實(shí)施例所述，組成一個(gè)整體式的微型電化學(xué)分析儀，也可以與該電路板電連接但設(shè)置于該電路板外，組成一臺分體式的電化學(xué)分析儀。根據(jù)需要，所述恒電位儀也可以是其它類型的儀器模塊，從而組成不同類型的智能儀器。所述電化學(xué)分析儀電路板集成的電化學(xué)分析方法包括循環(huán)伏安法，線性掃描伏安法，計(jì)時(shí)電流法，計(jì)時(shí)庫侖法，計(jì)時(shí)電位法，時(shí)間電流曲線法，差分脈沖伏安法，常規(guī)脈沖伏安法，差分常規(guī)脈沖伏安法，雙差分常規(guī)脈沖伏安法，方波伏安法，階梯波伏安法，塔菲爾曲線法，整體電解法，陰極溶出伏安法，陽極溶出伏安法，電位溶出伏安法，交流循環(huán)伏安法，交流線性掃描伏安法等。本發(fā)明的智能儀器可以直接和計(jì)算機(jī)的USB接口連接，也可以通過USB延長線或USB HUB等與計(jì)算機(jī)USB接口連接。所述儀器上的USB接口可以是將標(biāo)準(zhǔn)A型USB插頭焊接在該電路板上，如本實(shí)施例所述，儀器通過該插頭與計(jì)算機(jī)的USB接口相連，也可以是將USB接口的4條引線直接印刷在該電路板一端，然后將電路板此端加工成適應(yīng)A型USB插座的形狀，這樣電路板此端可以代替A型USB插頭和計(jì)算機(jī)的USB接口直接相連，由于省略了標(biāo)準(zhǔn)A型USB插頭的金屬外殼和引腳，可進(jìn)一步縮小儀器體積。
以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有USB接口的智能儀器，用于與具有USB接口的計(jì)算機(jī)相連接且與該計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理，其包括被控對象；數(shù)據(jù)采集器，用于采集被控對象的數(shù)據(jù)；處理器，用于接收數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)并通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理；信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制被控對象的控制信號；其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器、處理器以及信號發(fā)生器集成于一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計(jì)算機(jī)上的USB接口相適配且兩者直接相連。
2.如權(quán)利要求1所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述USB接口為A型USB插頭，或者為其它能直接與A型USB插座相連的接口。
3.如權(quán)利要求1所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述被控對象為恒電位儀，所述集成電路板為還集成了恒電位儀的電化學(xué)分析儀電路板。
4.如權(quán)利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于其還包括為所述電化學(xué)分析儀電路板提供電能的電源模塊，該電源模塊與所述USB接口電連接且通過該USB接口從計(jì)算機(jī)取得電能。
5.如權(quán)利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述電化學(xué)分析儀電路板外包裹有金屬外殼或表面金屬電鍍的外殼。
6.如權(quán)利要求3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述電化學(xué)分析儀電路板還包括與恒電位儀電連接的擴(kuò)展插槽。
7.如權(quán)利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述信號發(fā)生器為20位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述處理器包括與信號發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集器電連接的先進(jìn)先出電路。
9.如權(quán)利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能儀器，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器為24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有USB接口的智能儀器，該儀器用于與具有USB接口的計(jì)算機(jī)相連接且進(jìn)行信號傳輸及處理，其包括被控對象；數(shù)據(jù)采集器，用于采集被控對象的數(shù)據(jù)；處理器，用于接收數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)并通過USB接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)處理；信號發(fā)生器，用于接收處理器的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為控制被控對象的控制信號；所述數(shù)據(jù)采集器、處理器以及信號發(fā)生器集成于一集成電路板，所述儀器上的USB接口一端與該集成電路板相連接另一端與計(jì)算機(jī)上的USB接口相適配且兩者直接相連。本發(fā)明的儀器具有體積小、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N27/26GK101051298SQ20071002816
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者夏勇 申請人:廣州精微分析儀器有限公司