一种便携式WiFi虚拟示波器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种便携式WiFi虚拟示波器，包括耦合电路、信号调理电路、触发电路、STM32单片机、电源、WiFi发射模块和安卓客户显示端，本发明在普通数字示波器的基础上，结合当前主流操作系统的优点，借助WiFi通信方式，将数字示波器应用于操作系统Android平台上，实现具有数据采集与波形显示分离特点。设计Android应用程序作为显示端显示波形、频率幅值，还可作为上位机向下位机发送触发指令等。下位机基于STM32单片机内部A/D主要作用是对采集的电信号进行处理，在借助WiFi发射模块通过串口发送数据，安卓显示端显示波形。本发明便于人们研究各种电现象的变化过程，第一时间提供测量技术支持，实现测量端与观察端分离，而且能实现多人同时观察测量结果与测量控制。
【专利说明】
-种便携式WiFi虚拟示波器
技术领域
[0001] 本发明设及一种WiFi示波器，尤其设及一种便携式WiFi虚拟示波器。
【背景技术】
[0002] 示波器是作为当今电子测量仪器中最基本、最通用和最重要的电子仪器之一，其 应用的范围和应用的领域都是非常广的。目前市面上示波器一般体积比较大、没那么小巧、 携带不方便、工作电压高、不能实现数据采集与波形显示分离，更不能实现多人同时观测量 等。示波器作为当今现场测试最重要的工具之一，在验证及解决复杂性问题方面都很有作 用，可W满足现场工程师的需要。当前不管国内还是国外都有一些体积较小的高端手持仪 器，但由于价格昂贵，还存在一定的条件限制，不利于推广。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种便携式WiFi虚拟示波器。
[0004] 本发明通过W下技术方案来实现上述目的：
[0005] 本发明包括禪合电路、信号调理电路、触发电路、STM32单片机、电源、WiFi发射模 块和安卓客户显示端，所述禪合电路的信号输出端分别与所述信号条理电路的输入端和 STM32单片机的第一输入端连接，所述信号条理电路的输出端分别与所述触发电路和所述 STM32单片机的输入端连接，所述触发电路的信号传输端与所述STM32单片机的信号传输端 连接，所述STM32单片机的信号传输端通过所述WiFi发射模块与所述安卓客户显示端连接。
[0006] 进一步，所述电源包括5V、3.3V和负电源；所述5V和3.3V采用型号LM7805和型号 LM1117-3.3的Ξ端稳压器为核屯、元件;所述负电源采用型号LM79L05的Ξ端稳压器为核屯、 元件;所述信号调理电路中采用型号LM324的放大器。
[0007] 本发明的有益效果在于：
[000引本发明是一种便携式WiFi虚拟示波器，与现有技术相比，本发明在普通数字示波 器的基础上，结合当前主流操作系统的优点，借助WiFi通信方式，将数字示波器应用于操作 系统Amlroid平台上，实现具有数据采集与波形显示分离特点。设计Amlroid应用程序作为 显示端显示波形、频率幅值，还可作为上位机向下位机发送触发指令等。下位机基于STM32 单片机内部A/D主要作用是对采集的电信号进行处理，在借助WiFi发射模块通过串口发送 数据，安卓显示端显示波形。本发明便于人们研究各种电现象的变化过程，第一时间提供测 量技术支持，实现测量端与观察端分离，而且能实现多人同时观察测量结果与测量控制。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的系统结构原理图；
[0010] 图2是本发明的5V与3.3V电源电路图；
[0011] 图3是本发明的负电源电路图；
[0012] 图4是本发明的单片机连接原理图；
[0013] 图5是本发明的串口接口电路；
[0014] 图6是本发明的下载调试端口电路图；
[0015] 图7是本发明的禪合电路电路图；
[0016] 图8是本发明的信号调理电路电路图；
[0017] 图9是本发明的偏置电路电路图；
[0018] 图10是本发明的触发电路电路图；
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0020] 如图1所示：包括禪合电路、信号调理电路、触发电路、STM32单片机、电源、WiFi发 射模块和安卓客户显示端，所述禪合电路的信号输出端分别与所述信号条理电路的输入端 和STM32单片机的第一输入端连接，所述信号条理电路的输出端分别与所述触发电路和所 述STM32单片机的输入端连接，所述触发电路的信号传输端与所述STM32单片机的信号传输 端连接，所述STM32单片机的信号传输端通过所述WiFi发射模块与所述安卓客户显示端连 接。
[0021] 主控控制器：WCodex-M3为核屯、的STM32,其具有很丰富的内部资源，包括了内部 集成2个IMsps 12位的独立ADC，其可供测量16个外部和两个内部信号源，并且其转换模式 非常多。并且内部具有高达72M监的主频，高达1.25DMIPS/MHZ的处理速度，具有延迟非常小 的DMA传输功能，灵活强大的8个定时器等，已经完全具备了实现一个低频的数字示波器功 能的所有要求，本设计的目标是只要定量定性地分析20IfflzW下的低频信号，所W用STM32F 可W很方便地实现。
[0022] 显示端操作系统
[0023] 目前市场上流行的智能操作系统主要有AmlroicUIOS和Windows化one(WP)S种， 分别基于不同的智能设备。Android无疑占据了最多份额。相比于I0S和WP二者，Amlroid具 有W下的优势：
[0024] 其一，Amlroid是开源系统，具有跨平台性，得到了众多的厂商支持。
[0025] 其二，相比较于I0S和WPiAmlroid自带的内存回收机制GC又是一大亮点，开发人员 不需要时刻关注是否需要手动释放内存。它能够自动对堆空间的对象进行识别，如果该对 象不再被引用，将被作为垃圾回收其占据的空间，提高内存空间的利用率。
[0026] 其Ξ，在可定制性方面，Android系统可W根据用户自己的意愿进行各种设置，改 变操作界面，安装桌面启动器，任意调整桌面部件的大小等。而I0S和WP只能保证有限的选 项。
[0027] 综上所述，Android满足了本设计需要的基本特点，它具有WiFi无线通信功能，能 满足高速的数据交互，通用性高;UI设计完善，系统优化较好;性价比高，用户体验较好。因 此，本课题选择了 Amlroid移动终端作为硬件平台。
[00%]概括来说安卓作为显示端还具有如下特点：
[0029] (1)具有多分辨率适配功能，根据智能设备屏幕的尺寸调整显示界面的大小。
[0030] (2)能够显示不同颜色的波形，即能满足多通道测量显示波形的目的。
[0031] (3)波形清晰，没有普通模拟示波器显示所要求的条件那么严格。
[0032] 如图2所示:正电源部分:本发明中所用到的信号调理电路、偏置电路、触发电路、 WiFi发射模块及主控STM32等电路都需要用到正电源。其中使用到的运放需要用到5V正电 源及5V负电源;WiFi发射模块也需要使用5V供电；主控忍片正常工作电压为3.3V，及其主控 A/D转换的基准电压为3.3V，所W需要3.3V电源。
[0033] 5V正电源部分:本设计中可将外接的9V电源连接至P1两端，如图2,二极管D1可用 于防止电源正负极接错而烧毁电路，电容巧用于滤波，得到直流电压V+。直流电源V+经过 LM7805的稳压，在经过电感L1、电容C11、C13滤波后，产生精度、稳定度好的5V直流电压AV+。
[0034] 3.3V正电源部分：根据5V正电源部分中产生的直流电压V+，此直流电压经过 AMS1117的稳压和电容C14滤波后在稳压电源的输出端产生高精度、稳定度好的3.3V直流电 压，如图2所示。本稳压电源可作为主核控制器单片机电路及A/D转换电路的电源。
[0035] 如图3所示：负电源部分，负电源由V+由Ξ极管Q2、电感L3、电容C24和二极管D2组 成的开关电源电路产生的负电压V-，再经过L4、C25滤波W及呪稳压后输出AV-，而开关管Q1 的通断则是由单片机产生的方波信号VGEN通过Q1来驱动。
[0036] 如图4所示:主控系统:单片机最小系统
[0037] STM32F1系列属于中低端的32位ARM微控制器，其内核是Codex-M3，最高工作频率 为72MHz，2.0V至3.6V供电和10引脚，4-16M监晶振振荡器，产生CPU时钟的化L，内置2个12位 模数转换器，lus转换时间，转换范围0至3.6V，串行单线调试(SWD)和JTAG接口，8个定时器， 2个16位定时器。本课程设计主控忍片系列按片内Flash的容量的大小可分为Ξ种分别为小 容量（16K/32K)、中容量(64K/128K)、大容量(256K/384K/512K)。
[0038] 由于STM32内部的4个通用定时器非常强大，每个定时器又有4个独立通道，再加上 独立、可编程的预分配器，实现任意分频。A/D转换器是通过定时器来触发采样的，W保证其 W恒定的时间间隔对模拟信号进行模数转换，在完成规定长度的采集工作之后，将数据存 入高速数据存储器中（RAM)。在规定的触发条件满足时，将A/D所采集的数据传输至串口的 缓冲区中，由串口接口电路通过WiFi发射模块将运些数据传输给上位机(An化oid显示端）。
[0039] 如图5所示：串口接口电路：串行接口是采用串行通信协议的扩展接口，目前我们 常用的数据通讯方式有并行通讯和串行通讯运两种。根据不同情况选择的通讯方式不同， 例如当两台数字设备之间传输距离较远时，数据往往W串行方式传输。串行通讯的优点是 传输线少、成本低等，尤其适合远距离传送。本串口接口电路，使用波特率为115200,无校 验，8位数据位，1位停止位方式。适用于任何具备WiFi转串口的模块，只要WiFi转串口模块 能实现无线透传数据即可，运样可方便用户替代价格理低的模块。本设计使用的是 TLN13UA06模块，是一款自带有UART接口平台设计的网卡模块，一般采用插针接口的方式与 主机连接。TLN13UA06WiFi模块应用于带有UART接口的设备环境中，符合STM32接口的要求。
[0040] 如图6所示：下载调试端口 ： SWD下载是基于仿真接口的下载，SWD支持仿真，SWD下 载是专用SW化K和SWDI0引脚。对比JTAG，SWD模式比JTAG在高速模式下面更加可靠、下载时 支持更少的引脚运样可W节省PCB的空间，因此本次设计采用SW的受计；
[0041] 如图7所示：禪合电路：电信号的输入方式可分为数字地、直接禪合、交流禪合Ξ 种。选择的禪合的方式不同在示波器上显示的成分就不同。
[0042] 如图8所示:衰减电路:信号调理电路主要由衰减电路及偏置电路组成。设计示波 器的过程中，衰减电路是为了保证在较大的信号输入时，能够在STM32内部A/D采样的范围 之内，w避免造成信号的失真或是损坏主控忍片。本设计通过两级的衰减达到衰减的目的。 图中V沈NS化UVSEN沈L2及VSEN沈L3连接主控器，用于判断所选择的衰减分度。运放LM324 (U1A)设计成电压跟随器，用于实现两级衰减电路间的阻抗匹。
[0043] 如图9所示:偏置电路：由于STM32内部自带的A/D无法对负电压进行采集，而待测 信号一般都带有负压，要想实现测量的目的，运时需要电路将负压抬高到0电平W上，因此 要偏置电路。
[0044] 如图10所示:触发电路:触发电路的提供的目的是保证每次时基扫描或采集的时 候，都是从输入信号上和自己所定义相同的触发条件开始，运样做的目的就保证了每一次 扫描或采集的波形就是同步的，示波器实现了每次捕获的波形相重叠，运样一来就能显示 非常稳定的波形或保证单次信号的捕获。为了使示波器工作在触发模式，使A/D采样的波形 能够稳定的显示，系统中需要有个触发电平，运里的触发电平由比较电路产生。由主控PB8 输出PWM，通过电阻与电容的禪合产生不同的直流电压与不同输入电压信号进行比较，输出 方波信号，方波的上升沿或下降沿触发A/D进行采样。
[0045] 定时时间：STM32的时间周期为72M，A/D的最快周期为14M，采用72M/6=12M的速 度，采样一次为71.5周期大概为6US，表1是不同水平灵敏度所采用的采样时间。
[0046] 表1义样时间
[0047] _
[004引 WiFi模块
[0049] WiFi模块作为传输介质，它从STM32的外设串口中读取信号，并经过数据转换后， 通过无线WiFi传递到移动终端。同时也接收智能端设置的命令，并W多字节的方式一次性 传递给串口接口，最后到达STM32处理器。本设计中只要满足能设定波特率为115200bps，无 校验，8位数据位，1位停止位的工作方式，且支持无线透传工作模式的任何WiFi模块都能作 为设计的替代品。运样设计可方便用户自行选择选择价格理低的模块。
[0050] 本发明采用的是化N13UA06WiFi无线透传模块，它是一款单面票邮孔式嵌入式 WiFi模块。它是符合WiFi无线网络标准，其主要是基于化rt与Spi接口的嵌入式模块。 化化31^06胖1。1里内置了两个协议分别是无线网络协议^邸802.11协议找和^?/1?协议 找，能够实现用户嵌入式设备数据与无线网络之间的相互转换的目的。基于运些特点，作为 本发明所选用。
[0化1 ] WiFi各种通讯协议标准如表2所示。
[0化2] 表2WiFi通讯协议标准 「00531
[0054] 表3列出了 TLN13UA06WiFi模块的主要特点。
[0055]表3WiFi模块产品技术规格
[0化6]
[0057] W上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，运些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【主权项】
1. 一种便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:包括耦合电路、信号调理电路、触发电路、 STM32单片机、电源、WiFi发射模块和安卓客户显示端，所述耦合电路的信号输出端分别与 所述信号条理电路的输入端和STM32单片机的第一输入端连接，所述信号条理电路的输出 端分别与所述触发电路和所述STM32单片机的输入端连接，所述触发电路的信号传输端与 所述STM32单片机的信号传输端连接，所述STM32单片机的信号传输端通过所述WiFi发射模 块与所述安卓客户显示端连接。2. 根据权利要求1所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述电源包括5V、3.3V 和负电源。3. 根据权利要求2所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述5V和3.3V采用型号 LM7805和型号LM1117-3.3的三端稳压器为核心元件。4. 根据权利要求2所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述负电源采用型号 LM79L05的三端稳压器为核心元件。5. 根据权利要求1所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述信号调理电路中采 用型号LM324的放大器。6. 根据权利要求1所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述触发电路中采用型 号LM324的放大器。7. 根据权利要求1所述的便携式WiFi虚拟示波器，其特征在于:所述的WiFi模块，可采 用任何支持串口与无线透传的WiFi模块。
【文档编号】G01R13/02GK106066417SQ201610412742
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月14日 公开号201610412742.4, CN 106066417 A, CN 106066417A, CN 201610412742, CN-A-106066417, CN106066417 A, CN106066417A, CN201610412742, CN201610412742.4
【发明人】蔡小伟, 黄桂萍, 张士钱, 范宜标
【申请人】龙岩学院