一种高精度低成本的电子测量系统的制作方法_2

文档序号:10440361阅读:来源:国知局
直接以智能移动设备替代现有虚拟仪器的功能并实现数据实时处理和输出,当前智能移动设备的计算能力仍然不足。或者仅能对一些特殊信号做简单的附加处理,却反而增加测量仪器的成本和复杂性一一如专利CN201510233390.1披露了一种胎心仪,可将的胎心信号通过音频接口输入到智能移动设备中,智能移动设备仅用于对单位时间内的胎心音频数量进行简单滤波后计数,然而胎心仪仍需要具备提供独立工作的全部硬件电路,还需额外增加音频输出口,此时智能移动设备实质上是作为免去用户掐秒表操作和防止误听数错的自动计数器之用,作为额外的附加功能模块反而增加了胎心仪进行音频转换和输出的成本和复杂性,而且用音频接口将数据传递给智能移动设备的方案并没有通用性。所以有必要研究如何在传统的测量仪器中充分利用智能移动设备设备的计算能力以降低系统成本的方案,并降低该方案对智能移动设备的性能要求并提高该方案对于不同测量仪器设备的适用性。

【发明内容】

[0010]本实用新型的目的在于提供一种高精度低成本的电子测量系统,以解决传统电子精密测量设备存在的测量精度、成本、体积等参数相互限制,使高精度电子测量系统难以普及推广的问题。
[0011]为实现上述目的,本实用新型的技术方案为:一种高精度的低成本电子测量系统,包含传感器模块、基本信号调理电路、基本数据处理和通讯模块、特征码存储器等功能模块,通过将非必须和较复杂的信号调理工作转移给性能强大的智能移动设备处理器进行处理,以简化信号调理的硬件电路,并保障和提高最终的测量精度。
[0012]所述的传感器模块包含一个或者多个同类或不同传感器,将所需检测的参数转化为电信号,再传输给基本信号调理电路中所对应的处理电路对信号进行基本的放大、滤波、A/D转换、I/F转换、V/F转换等调理操作。并将调理后的信号传递给基本数据处理和通讯电路。
[0013]所述的基本数据处理和通讯模块包含基于单片机或PLC等为核心的,具有简单数据处理功能的计算模块,并可读取特征码存储器中所存储的数据,同时还具备通讯模块,可根据实际需要和成本控制,选用通过标准的USB协议、WIFI协议、Zigbee协议或蓝牙协议将计算后的数据与智能移动设备进行通讯。
[0014]此时,通过智能移动设备强大的计算和存储能力,基本调理电路所无法消除的信号误差、噪音和干扰数据可以通过专门的软件进行消除。此外,传感器和基本信号调理电路固有的“测量值与信号值之间的非线性度”和其他误差可由储存在特征码存储器中的,由厂家出厂前和使用中经过精确校正的特征码校正表或校正函数予以消除。从而得到了不依赖传感器及调理电路硬件精度及元件一致性,并能在低成本下实现高精度的测量功能。尤其值得一提的是,智能移动设备平台的编程相对于传统单片机的低级语言一一如汇编语言和C语言,和极为专业的虚拟仪器编程语言Labview、LabWindows等必须要由行业专家进行编程和优化的情况来说,基于安卓、1S或WP等智能移动平台的编程软件和编程平台通用性更强,学习人数更多,这就大幅度降低了针对于低成本产品的专用程序开发的难度和成本,并可通过大量普通程序员甚至业余程序员的协作将产品开发速度提高数倍甚至数十倍。
[0015]此外,本实用新型将传感器的数据处理转移到智能移动设备的处理器上,不但降低了单个高精度测量系统的成本,而且由于在绝大部分应用(如空气净化器所需的室内PM2.5数值、用户的血糖检测数值、血压数值、厨房烹饪时的油烟和燃气等还原性气体浓度、生产线某工上位单个零件的特定尺寸测量数据等等)中用户不需要以极高的采样频率连续不问断测量某些数据,所以多个基于本实用新型的同类或者不同的测量设备或测量系统只要采用了相同的数据传输协议,辅以具备分时处理功能的通用处理程序,可实现由单个智能移动设备接受、处理和转发大量不同设备测得的数据的效果,从而极大降低整个智能家居、单个实验室或一部分生产线上高精度测量系统的构建成本。这是因为智能手机和平板电脑等智能移动设备几乎成了家庭标配,而且其计算能力足以通过分时计算承担多个测量系统的管理工作。
[0016]本实用新型的有益效果:通过用软件替代大部分信号调理电路的工作,在保证和提高测量精度的前提下显著降低了电子测量系统的成本,并利用通用的智能移动设备开发平台,大幅度简化了专用软件的开发难度,并可实现由单一智能移动设备对大量互不相干的不同类型测量系统进行统一监控和数据采集的目的,以适应智能家居互联化转型或基于工业互联网的智能化生产等领域所需。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型专利的系统构成示框图。
[0018]图中,I传感器模块,2基本信号调理电路,3基本数据处理和通讯模块,4特征码储存器,5智能移动处理器模块。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示,传感器模块I在测量中,将一个或多个传感器测得的电信号传递到基本信号调理电路2中。基本信号调理电路2在对传感器模块I的信号做最基本的放大和转换后即将信号送到基本数据处理和通讯模块3进行进一步的采样和准备传输。此时,尽可能简化和减少基本信号调理电路2对信号进行调理工作的原因是因为,任何传感器信号调理电路在对信号完成放大、整形或转换,或者滤除特定噪音的主要目标时自身必然带来新的误差,这实质上是在增加后续软件运算中,系统误差中的变量数量。除了增加硬件成本外,对于后续的信号软件计算处理来说也是不利的。
[0020]经过放大等基本调理工作后的信号,可通过基于单片机或PLC等为核心的基本数据处理和通讯模块3将其转化为数字信号,通过标准的USB协议、WIFI协议、Zigbee协议或蓝牙协议将计算后的数据与智能移动设备进行通讯。在传播测量数值信号的同时,基本数据处理和通讯模块3还能从特征码储存器4读取I传感器模块I和基本信号调理电路2组成的电路系统整体特征码表或简单的校正函数同时传输给智能移动处理器模块5,以供智能移动处理器模块5通过软件校正测量数据和得出准确数据的计算所需。所述智能移动处理器模块5可以是基于移动智能处理器芯片组建的:独立的智能手机、智能平板电脑或便携型专用控制系统;也可以是集成于本测量仪器内的上位机控制系统;也可以是安装在本设备外的,用于控制多个采用类似数据传输协议的同类或不同类测量设备的数据处理中心等。因此,本实用新型即可用于独立的测量仪器设备,也可用作为整体智能家居或工业互联网生产控制系统中的一个组成部分。
[0021]需指出,增设独立的特征码储存器4后,本系统保证测量精度的方法从生产上就与传统电子测量仪器发生了变化。传统电子测量系统,需要从每一个电路每一个环节保障测量和数据处理的精度,对设备内每一个电子元件的精度都有很高的要求,此时设计往往只能偏向精度,或者偏向成本、体积和便携性等对立性能参数。对于本实用新型的系统来说,厂家可以将传感器模块I,基本信号调理电路2和基本数据处理和通讯模块3整体对测量信号的影响从整体上视为一个独立的黑箱,实际被测数值与黑箱给出的数据之间的差异,则可以在厂家出厂前,通过更高精度的标准测量仪器(一般要求为校准和标定用设备的基本误差6小于产品误差的1/5到1/10)测
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