專利名稱：實驗教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種利用傳感器采集信號，由采集器輸出信號的物理、化學(xué)、生物學(xué)校教學(xué)用現(xiàn)場操作演示儀器，具體是實驗教具。
二背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外的“實驗教具”均采用模擬線路處理方式將信號處理后直接輸出至采集器，由采集器連續(xù)采樣。即傳感器收集信號后送到變送器，由變送器將信號放大后送到采集器。其系統(tǒng)由各種傳感器、變送器和采集器三部分組成，即傳感器→變送器→采集器。采集器最高采集速度為5ms，可同時接多個傳感器。而正是由于采樣速度最高為5ms，變送器與采集器之間的傳輸不能采用RS232的傳輸方式。所有的標(biāo)定必須在傳感器最終連接到的采集器上進行，如果在其他采集器上標(biāo)定將沒有效果。這種方式在生產(chǎn)和調(diào)校過程中非常繁瑣，且最大的缺點是，當(dāng)其中的一個傳感器出現(xiàn)損壞無法使用時，需要將損壞的傳感器和采集器一起進行維修。一般處理方法是將損壞傳感器和采集器一起郵寄回生產(chǎn)廠家或廠家派維修人員到現(xiàn)場進行維修。且在維修期間用戶的其他傳感器無法使用。這在浪費用戶時間的同時，也增加了廠家售后服務(wù)費用。
三、實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種生產(chǎn)、調(diào)校十分簡單，標(biāo)定方便快捷，實驗效果好，且各傳感器之間互不干擾，若一個傳感器損壞，其他傳感器仍可照常使用的實驗教具。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種實驗教具，含傳感器和采集器。在傳感器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置智能處理器，智能處理器由A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器三部分組成，MCU數(shù)字信號處理器由電源信號處理器和MCU數(shù)字微處理器構(gòu)成，其輸入端上還連接有串口電平轉(zhuǎn)換器。采集器的輸出端上設(shè)置有與計算機連接的接口。
直流電源VCC連接的電源電路U5分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器的工作電源輸入口，直流電源VDD連接串口電平轉(zhuǎn)換器的工作電源輸入口。
傳感器輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上設(shè)置有多路接口J1，電源VDD與串口電平的輸入端設(shè)置有接口J2，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置有接口J3。
本實用新型具有以下優(yōu)點1、采用了智能處理技術(shù)，傳感器信號通過A/D模數(shù)變換后，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字量，經(jīng)MCU數(shù)學(xué)運算處理后再經(jīng)由D/A數(shù)模變換變?yōu)槟M信號傳輸至采集器，采集器進行連續(xù)采樣。采用此設(shè)計生產(chǎn)、調(diào)校實驗教具時變得非常方便，只需將校正參數(shù)輸入MCU微處理器即可。
2、通過串口電平轉(zhuǎn)換電路使數(shù)字信號處理器的通訊電平與計算機串口的電平一致，便于直接將實驗教具的采集器與計算機連接，適應(yīng)了現(xiàn)代教學(xué)的管理需要。
3、所有標(biāo)定不用在最終連接到的采集器進行，而在MCU中進行，各傳感器之間互不干擾。當(dāng)一個傳感器出現(xiàn)損壞無法使用時，不需要將損壞的傳感器和采集器一起郵寄回廠家進行維修，只需將損壞的傳感器的型號報知廠家，由廠家將新的傳感器郵寄到用戶手中即可，而且在郵寄期間不影響用戶其他傳感器的使用。這在很大程度上節(jié)約用戶時間的同時，也減少了廠家的售后服務(wù)費用。
四

圖1是本實驗教具結(jié)構(gòu)方框圖。圖2是A/D轉(zhuǎn)換的電路示意圖。
圖3是MCU數(shù)字信號處理的電路示意圖。圖4是D/A轉(zhuǎn)換電路示意圖。
圖5是串口電平轉(zhuǎn)換電路圖。
圖6是為A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理、D/A轉(zhuǎn)換器提供工作電源U5的電路圖。
圖7是為電源與串口電平的輸入端之間的接口J2。
圖8是D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置的接口J3。
五具體實施方式
附圖也即實施例。
實驗教具由傳感器、智能處理器和采集器三部分組成。智能處理器取代了現(xiàn)有實驗教具的變送器位置，設(shè)置在傳感器的輸出端與采集器的輸入端之間。智能處理器由A/D轉(zhuǎn)換器，MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器組成。即傳感器→A/D→MCU→D/A→采集器。數(shù)字信號處理器包括電源信號處理器U1，芯片STC810構(gòu)成的電路和MCU微處理器U2芯片STC89C52構(gòu)成的電路。智能處理器同時具有信號放大和標(biāo)定的功能。傳感器信號通過U3構(gòu)成的A/D模數(shù)變換電路進行模數(shù)變換后，將模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)MCU微處理器進行數(shù)學(xué)運算并標(biāo)定后，進入U6，DAC7512構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換電路，由D/A進行數(shù)模變換并將數(shù)字信號變?yōu)槟M信號傳輸至采集器，采集器進行連續(xù)采樣。智能處理器的三部分，即A/D轉(zhuǎn)換器，MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器的工作電源由電源U5，LP2951構(gòu)成的電源電路提供，保證電壓的穩(wěn)定。電源U5的接入電源是3V直流電VCC。在MCU數(shù)字信號處理器的輸入端上還連接有U4，由ADM202E構(gòu)成的串口電平轉(zhuǎn)換器。5V直流電源VDD通過接口J2向串口電平轉(zhuǎn)換器提供工作電源。串口電平轉(zhuǎn)換器將智能處理器的電平與計算機串口的電平調(diào)整為一致。在采集器的輸出端上還設(shè)置有與計算機連接的串口，使實驗教具與計算機連接在一起，所有實驗數(shù)據(jù)都可方便地保存在計算機中。實驗教具的傳感器輸出端與智能處理器的輸入端的接口為J1，是多路接口。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與采集器的輸入端之間的接口是J3。
實驗教具可連接各種不同的傳感器，作為各種不同的實驗演示教具。
當(dāng)本實驗教具作為二氧化碳實驗教具時，通過二氧化碳傳感器對二氧化碳氣體進行采集，生成模擬信號，將模擬信號送入由A/D轉(zhuǎn)換器，再由A/D轉(zhuǎn)換器將信號送入MCU數(shù)字信號處理器，在數(shù)字信號處理器中，電源信號處理器STC810將信號放大、生成微處理器MCU可識別的信號后，由微處理器MCU，D/A對數(shù)字信號和參數(shù)進行線性修正和標(biāo)定，最后再由D/A轉(zhuǎn)換器將MCU生成的數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到采集器中，完成實驗演示。
當(dāng)本實驗教具作為物理實驗教具對電路的實驗進行演示時，連接電流傳感器。將電流通過0.01Ω的電阻，對電流信號進行采集生成模擬信號，將模擬信號送入由A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D將傳感器生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成MCU可識別的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換后送入MCU進行數(shù)字處理。MCU數(shù)字處理器對輸入的數(shù)字信號和參數(shù)進行線性校正和標(biāo)定，最后由D/A轉(zhuǎn)換器將MCU數(shù)字處理器生成的數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，成為模擬信號輸出到采集器中。
MCU數(shù)字信號處理器的標(biāo)定和參數(shù)線性校正的過程用力學(xué)傳感器的示例說明如下將力傳感器電壓變化產(chǎn)生的值，代入線性方程N＝KX+B中，從而得到力的大小，但是K值和B值由于電壓的不穩(wěn)定而存在誤差，所以的到的測量值和真實值存在很大的誤差，因此通過U5電源對電壓穩(wěn)壓處理，取得較為穩(wěn)定的數(shù)值后由中央處理器的對方程的K值和B值進行標(biāo)定。這樣，線性方程所得到的N值最接近真實值。
權(quán)利要求1.一種實驗教具，含傳感器和采集器，其特征在于在傳感器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置智能處理器，智能處理器由A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器三部分組成，所述MCU數(shù)字信號處理器由電源信號處理器(U1)和MCU數(shù)字微處理器(U2)構(gòu)成，其輸入端上還連接有串口電平轉(zhuǎn)換器(U4)，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端上設(shè)置有與計算機連接的接口。
2.如權(quán)利要求1所述的實驗教具，其特征在于直流電源VCC連接的電源電路(U5)分別連接到A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器的工作電源輸入口，直流電源VDD連接串口電平轉(zhuǎn)換器的工作電源輸入口。
3.如權(quán)利要求1或2所述的實驗教具，其特征在于所述傳感器輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端上設(shè)置有多路接口(J1)，電源VDD與串口電平的輸入端設(shè)置有接口(J2)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置有接口(J3)。
專利摘要實驗教具。在傳感器的輸出端與采集器的輸入端之間設(shè)置智能處理器。智能處理器由A/D轉(zhuǎn)換器、MCU數(shù)字信號處理器和D/A轉(zhuǎn)換器三部分組成。MCU數(shù)字信號處理器由電源信號處理器和MCU數(shù)字信號微處理器構(gòu)成，其輸入端上還連接有串口電平轉(zhuǎn)換器使其通訊電平與計算機串口電平一致，通過采集器與計算機連接。A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器的連接采用多路接口。傳感器信號通過A/D模數(shù)變換將模擬信號變?yōu)閿?shù)字量，經(jīng)MCU數(shù)學(xué)運算處理后再經(jīng)由D/A數(shù)模變換變?yōu)槟M信號傳輸至采集器，采集器進行連續(xù)采樣。采用此設(shè)計生產(chǎn)、調(diào)校實驗教具非常方便，只需將校正參數(shù)輸入MCU即可。所有標(biāo)定在MCU中進行，各傳感器之間互不干擾。
文檔編號G06F17/40GK2840171SQ200520035989
公開日2006年11月22日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者方正 申請人:中國測試技術(shù)研究院化學(xué)研究所