基于智能终端的测量设备、控制装置及系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于智能终端的测量设备、控制装置及系统，该设备包括电源及通讯接口模块、单片机、数模转换模块以及测量元件；电源及通讯接口模块，用于与外部设备连接，基于OTG接口标准由外部设备供电，并基于USB通讯协议与外部设备通讯；数模转换模块分别与测量元件和单片机连接，用于将测量元件获取的模拟信号转换成单片机可读取的数字信号；单片机与电源及通讯接口模块连接，用于接收外部设备的指令并输出测量元件的测量结果数据。与现有技术相比，本实用新型具有成本低、便捷性高、使用时间长、操作简便、升级维护方便等优点，具有广泛的市场应用和推广前景。
【专利说明】
基于智能终端的测量设备、控制装置及系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于智能终端的测量设备、控制装置及测量系统，属于传感器测量技术领域。
【背景技术】
[0002]目前的便携式或手持式测量设备通常由手持终端和前端测量传感器两部分组成，手持终端又可分为显示液晶屏、操作按键和供电电池三大主要部分。其主要工作原理是由前端传感器采集数据通过电缆线传输到一个手持终端上，前端传感器由手持终端供电，如便携式PH计、便携式电导率仪、便携式温度计等等。
[0003]现有的便携式手持式测量设备存在如下问题:1.功能单一:现有的设备基本上是一个手持终端对应一种传感器，由于固化在单片机里的程序只是测一种传感器，所以几乎都是一对一模式。2.软件升级困难:由于现有的设备的中央处理单元主要以单片机为主，单片机基本上是没有系统的，或是微小型系统，并不带有WIFI，3G等无线通信功能，升级需要厂家介入，周期长，操作复杂。3.电池使用寿命不长或效率不高:现有设备大多数采用的是五号或七号的碳碱电池，由于设备有可能长时间不用，造成电池没电，需要更换，耽搁时间。
4.成本高:由于手持终端和前端测量传感器时一对一配套使用的，往往用户在采购时，需要同时采购手持终端和前端传感两个模块，花费的成本较高。5.使用不够便捷:现有的手持终端一般带上按键和显示，体积比较大，携带相对不便。如何解决上述现有技术中存在的问题，提供功能丰富、升级简易、成本低、使用更为便捷的测量设备是本实用新型的主要研究课题。
【实用新型内容】
[0004]发明目的:针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种基于智能终端的测量设备、控制装置及系统，该设备可与现有的智能手持终端(如智能手机或平板电脑)相连，由智能终端供电并与智能终端通讯，使得设备成本降低，使用更为便捷，软件升级简易。
[0005]技术方案:为实现上述发明目的，本实用新型公开了一种基于智能终端的测量设备，包括电源及通讯接口模块、单片机、数模转换模块以及测量元件;所述电源及通讯接口模块，用于与外部设备连接，基于OTG接口标准由外部设备供电，并基于USB通讯协议与外部设备通讯;所述数模转换模块分别与测量元件和单片机连接，用于将测量元件获取的模拟信号转换成单片机可读取的数字信号;所述单片机与电源及通讯接口模块连接，用于接收外部设备的指令并输出测量元件的测量结果数据。
[0006]进一步地，所述测量设备还包括电源隔离模块，所述电源隔离模块分别与电源及通讯接口模块以及数模转换模块连接，用于外部供电电源与测量元件间的电压转换。
[0007]作为优选，所述电源及通讯接口模块包括USB接口和USB桥接芯片。
[0008]在具体实施方案中，所述电源及通讯接口模块还包括电压转换电路，用于将5V电压转换成3.3V电压。
[0009]作为优选，所述USB接口为Mini USB B型接口或Micro USB B型接口，USB连接线固定在所述测量设备上。
[0010]在具体实施方案中，所述测量元件为一种或多种传感器，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器或电极。
[0011]本实用新型还公开了一种用于上述测量设备的控制装置，包括接口驱动单元，用于装载测量设备接口驱动，实现与测量设备间指令与数据的传送;设备型号识别单元，用于读取测量设备的单片机中存储的测量元件的设备型号；用户交互单元，用于根据具体的设备型号显示对应的用户操作界面，获取并执行用户指令；以及更新单元，用于检测和执行更新。
[0012]本实用新型还公开了一种基于智能终端的测量系统，包括智能手持终端以及上述测量设备，所述智能手持终端为手机或平板电脑，通过USB连接线与测量设备相连，输出控制指令至测量设备并显示测量结果。
[0013]有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:1、本实用新型去除了传统的与测量前端传感器配套使用的便携终端，将其功能实现在人们普遍使用的智能手机或平板电脑等智能手持终端，测量设备仅需实现简单的功能，通过电源及通讯接口与外部设备通讯并获取电源。因此测量设备无需再设计和生产显示终端、操作按键和电源模块，能够极大降低设备的生产成本，并且用户采购时也只需采购前端的测量设备，与已有的智能手持终端配套使用即可，极大地降低了用户的采购成本，同时还提高了使用的便捷性，用户在使用时无需再带上专用的显示操作终端。2、本实用新型的测量设备可从智能手持终端获取电源，无需配置专用电池，利用手机或平板自带的锂电池电量较大，使用时间长，充电方便，还可以带上个充电宝备用，使用时间有保证。3、本实用新型的测量设备通过数字信号与外部智能设备对接，能够有效避免人体感应对传感器的影响，抗干扰能力强。并且进一步采用电源隔离模块和高精度ADC，能够有效提高测量精度。4、本实用新型的测量系统手机或平板等智能手持终端作为测量的显示和操作终端，能够借助其操作系统的强大功能开发出功能丰富的适应多种测量前端设备的APP。并且利用其自带的WIFI，3G等无线网络功能，可以实时动态的从官方下载APP进行升级和更新，无需厂家介入，升级时间短，操作简单，大大提高了系统的可维护性。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
[0015]图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
[0016]图3为本实用新型实施例3的结构示意图。
[0017]图4为本实用新型实施例3的实现方法流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0019]实施例1:如图1所示，本实用新型实施例公开了一种基于智能终端的测量设备，包括电源及通讯接口模块、单片机、数模转换模块以及测量元件。其中电源及通讯接口模块由电源接口和通迅接口组成，电源接口按照OTG接口标准，从外部设备获取5V的电压和8mm以上的供电电流。如单片机的供电电压为3.3V，电源接口则用低压差集成芯片LDO(如AMSl117)转成3.3V给单片机供电，如单片机供电电压为5V则可省去LDO芯片。通讯接口采用USB接口，基于标准的USB主机从机通迅协议与外部设备进行通讯，此外还通过USB桥接芯片转成TTL电平的通迅信号(如SPI，I2C等)与单片机通迅，实现交互功能。
[0020]单片机测量设备的主控，完成对测量元件的读取和处理，以及和外部设备通讯，实现与上层软件的对接。单片机可选择带有标准的通迅接口的单片机，如TI的MPS430系列，带有SP1、I2C、UART等接口，并具有低功耗特性的。
[0021]测量元件可根据不同的应用场景选择不同的传感器，例如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、PH传感器、ORP传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、余氯传感器、气体传感器、电极等等，也可配置几个传感器组合以适用于复合的测量应用场景。传感器信号一般是微弱的电压或是电流信号，通过数模转换模块的PGA进行增益调整以提高精度和信号调理。数模转换模块可采用高精度ADC芯片(如ADI的AD7792)，带有SPI和基准电压等接口的，对测量元件数据进行采集处理，将采集数据传送给单片机。
[0022]此外，为了提高测量精度和安全性，在电源接口与数模转换模块之间设电源隔离模块，这样手机或平板电脑设备的高频不会对传感器造成一定的干扰，传感器的损坏也不会影响到手机或平板电脑设备。电源隔离模块可选择微功耗的隔离模块(如TI的DCP系列)，5V转5V，隔离电压1000V。
[0023]实施例2:如图2所示，本实用新型实施例公开的是一种与实施例1中基于智能终端的测量设备配套使用的控制装置，该装置可以是运行在智能手机或平板电脑上的应用APP，也可以采用硬件实现方式集成到手机或平板上。该控制装置主要包括接口驱动单元、设备型号识别单元、用户交互单元和更新单元，其中接口驱动单元装载测量设备的接口驱动(如USB驱动)，利用其API实现与测量设备间指令与数据的传送。测量设备的型号(或传感器的类型)在出厂时保持在设备的单片机中，设备型号识别单元用来通过接口驱动单元读取所连接设备的型号，用户交互单元根据设备型号识别单元读取的设备型号，即可获知所连设备支持的功能类型，从而可加载与其对应的用户操作界面，通过用户操作界面获取用户的操作指令，并通过接口驱动单元传送至测量设备，显示测量设备返回的结果数据。在用户交互单元，用户也可进行一些功能与参数的设置。更新单元即用于检测和执行更新。
[0024]实施例3:如图3所示，本实用新型实施例公开的是一种基于智能终端的测量系统，包括智能手持终端和实施例1中的基于智能终端的测量设备，该智能手持终端为手机或平板电脑，目前大多数手机或平板电脑设备，都带有OTG接口，按照OTG接口标准，将会提供5V的电压和8_以上的供电电流，测量设备通过配置相应的USB接口使用手机或平板提供的电源，例如测量设备配置Mini USB B型接口，当通过USB连接线与智能终端连接时，便可和其通讯并使用其电源。为了方便也可将USB连接线直接固定在测量设备上。
[°°25]目前手机或平板电脑设备的系统有1S、Android、Windows等，可使用系统提供的开发工具以及设备的接口驱动程序进行相应应用软件的开发。软件可以通过手机或平板电脑设备上的USB端口和测量设备双向通讯，软件的版本还可以通过云端动态升级，维护方便。此外APP的开发应使用高效的程序逻辑，加快和传感器通迅的响应速度，提高实时性(如调用与硬件相关底层API)。并采用云端实时升级方案，软件有更新时，可以实时地通知每一个软件端，使得软件的更新十分及时，维护十分方便。
[0026]如图4所示，实施例3的智能手持终端中软件的实现方法，主要包括如下步骤:
[0027](I)初始化。实现对驱动的加载，是否连接传感器等一系列初始化工作。
[0028](2)检查更新。检测是否有网络连接，如果有，检测是否有更新，如果有，提示用户更新并根据用户选择判断是否执行更新。
[0029](3)识别设备类型。读取传感器的类型信号，加载相应的功能模块。
[0030](4)显示用户操作界面。根据加载的功能模块，显示相应的操作界面。
[0031](5)用户交互。判断是否有用户操作，若有则执行用户操作指令，若用户的操作指令为读取测量数据，则向测量设备发出读取指令，并显示测量设备反馈的测量结果数据。
[0032]下面以温度传感系统为例来说明本实用新型的在具体应用场景的实施情况，基于智能终端的测量设备的硬件选型可如下:接口芯片采用CH341 USB桥接芯片，该芯片带有3.3输出电压，给单片机MPS430供电，隔离芯片采用DC100505隔离，ADC采用AD7792。温度传感器采用NTC10K。手机或平板电脑设备采用Android系统手机，装载USB桥接芯片的驱动，采用Eclipse平台，开发在手机或平板电脑上运行的软件。使用时，将手机或平板电脑设备通过USB和温度传感设备连接。软件启动后，发出读取传感器类型信号指令，通过USB桥接芯片转发给单片机，单片机收到指令后，将型号从存储器里读出来转发给USB桥接芯片，软件完成对应的初始化后，再读取USB桥接芯片的测量数据，再显示给用户，这样就完成一系列的通迅和交互，实现了温度的显示。
[0033]本实用新型具有成本低、便捷性高、使用时间长、操作简便等优点，具有广泛的市场应用和推广前景。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，所作的修改、替换或改进也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.基于智能终端的测量设备，其特征在于，包括电源及通讯接口模块、单片机、数模转换模块以及测量元件;所述电源及通讯接口模块，用于与外部设备连接，基于OTG接口标准由外部设备供电，并基于USB通讯协议与外部设备通讯;所述数模转换模块分别与测量元件和单片机连接，用于将测量元件获取的模拟信号转换成单片机可读取的数字信号;所述单片机与电源及通讯接口模块连接，用于接收外部设备的指令并输出测量元件的测量结果数据。2.根据权利要求1所述的基于智能终端的测量设备，其特征在于，还包括电源隔离模块，所述电源隔离模块分别与电源及通讯接口模块以及数模转换模块连接，用于外部供电电源与测量元件间的电压转换。3.根据权利要求1所述的基于智能终端的测量设备，其特征在于，所述电源及通讯接口模块包括USB接口和USB桥接芯片。4.根据权利要求3所述的基于智能终端的测量设备，其特征在于，所述电源及通讯接口模块还包括电压转换电路，用于将5V电压转换成3.3V电压。5.根据权利要求4所述的基于智能终端的测量设备，其特征在于，所述USB接口为MiniUSB B型接口或Micro USB B型接口，USB连接线固定在所述测量设备上。6.根据权利要求1所述的基于智能终端的测量设备，其特征在于，所述测量元件为一种或多种传感器，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、PH传感器、ORP传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、余氯传感器、气体传感器或电极。7.—种用于根据权利要求1至6任一项所述的测量设备的控制装置，其特征在于，包括接口驱动单元，用于装载测量设备接口驱动，实现与测量设备间指令与数据的传送;设备型号识别单元，用于读取测量设备的单片机中存储的测量元件的设备型号；用户交互单元，用于根据具体的设备型号显示对应的用户操作界面，获取并执行用户指令；以及更新单元，用于检测和执行更新。8.基于智能终端的测量系统，其特征在于，包括智能手持终端以及根据权利要求1至5任一项所述的测量设备，所述智能手持终端为手机或平板电脑，通过USB连接线与测量设备相连，输出控制指令至测量设备并显示测量结果。
【文档编号】G01D21/02GK205449141SQ201521125817
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月29日
【发明人】杨洋, 徐赟
【申请人】南京奇崛电子科技有限公司