专利名称：一种具有usb接口的智能仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能仪器，尤其涉及一种具有USB接口的智能仪器。
背景技术：
目前，很多智能仪器通过USB接口与计算机相连接来进行数据传输。USB是Universal Serial Bus，通用串行总线的缩写。一个USB接口系统包括一个USB主机、一个或一个以上的USB设备(计算机是主机，智能仪器是设备)。当前最新版本的USB接口标准为USB2.0，根据该标准，USB接口系统中使用的接口包括用于上传数据到USB主机的A型插头/插座，用于下传数据到USB设备的B型插头/插座，以及适用于小体积设备的mini-B插头/插座(功能与B型插头/插座相同，用于下传数据到USB设备)。主机如计算机上安装有多个A型插座，设备如智能仪器上安装的是一个B型插座，两者之间通过一端是A型插头，一端是B型插头的USB连接线相连。
由于USB接口具有即插即用(PNP)，速度快(USB2.0可支持480Mbps的数据传输速率)，可通过计算机为设备提供电力(5V/500mA)等众多优点。因此许多智能仪器采用USB接口，如中国专利
提到的一种生物信号采集处理仪，中国专利
提到的一种实时信号分析仪。但这些智能仪器都存在以下几个缺点1、仪器体积较大，不利于外出随身携带。
2、仪器的USB接口必须通过连接线才能与计算机的USB接口(A型插座)相连，不但连接关系复杂，而且不利于仪器向微型化发展。
3、仪器耗电量大，计算机通过USB接口向智能仪器提供的电能不能满足智能仪器的需要，因此往往需要外界再提供交流电源来供电，这样不利于野外作业。
因此，我们迫切需求一种体积小、使用方便的具有USB接口的智能仪器。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明需要解决的问题在于提供一种体积小、使用方便的具有USB接口的智能仪器。
为解决上述问题，本发明提供一种具有USB接口的智能仪器。该仪器用于与具有USB接口的计算机相连接且进行信号传输及处理，其包括被控对象；数据采集器，用于采集被控对象的数据；处理器，用于接收数据采集器采集的数据并通过USB接口与计算机进行数据传输及数据处理；信号发生器，用于接收处理器的数据并将该数据转化为控制被控对象的控制信号；所述数据采集器、处理器以及信号发生器集成于一集成电路板，所述仪器上的USB接口一端与该集成电路板相连接另一端与计算机上的USB接口相适配且两者直接相连。
作为一个实施例，该智能仪器还包括信号发生器，用于接收处理器的数据并将该数据转化为控制被控对象的控制信号。所述被控对象为恒电位仪，所述集成电路板为还集成了恒电位仪的电化学分析仪电路板。所述USB接口为A型USB插头，或者为其它能直接与A型USB插座相连的接口。所述处理器包括与信号发生器、数据采集器电连接的先进先出电路，该先进先出电路有效地改善了处理器处理数据的效率。所述电化学分析仪电路板还包括为其提供电能的电源模块，该电源模块与所述USB接口电连接且可以通过该USB接口直接从计算机取得电能，这样省去了外加电源，有利于随身携带。所述信号发生器为20位数模转换器，可以提高控制信号的精度。所述数据采集器为24位模数转换器，可以提高数据采集的精度。所述集成电路板外包裹有金属外壳或表面金属电镀的外壳，对电路板实现电磁屏蔽，减少外界干扰，有效地实现高精度的电化学测量和控制。所述电化学分析仪电路板还包括与恒电位仪电连接的扩展插槽，该扩展插槽可以外接传感器、电极、或其他仪器，扩大该电化学分析仪电路板的功能。
与现有技术相比较，本发明具有USB接口的智能仪器一方面将各个功能电路集成于一电路板上，加强电路的集成度，有效地减小仪器的体积；另一方面仪器通过与计算机相适配的USB接口直接连接于计算机上的USB接口，省去了连接线，简化了连接关系。因此，本发明具有USB接口的智能仪器具有体积小(6.0cm×2.0cm×0.7cm)，使用方便的有益效果。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明具有USB接口的智能仪器。
图1为本发明具有USB接口的智能仪器一个优选实施例的结构示意图。
图2为本发明具有USB接口的智能仪器一个优选实施例的功能模块图。
具体实施例方式
本发明具有USB接口的智能仪器用于与具有USB接口的计算机相连接，且与该计算机进行数据传输及数据处理。该智能仪器包括被控对象；数据采集器，用于采集被控对象的数据；处理器，用于接收数据采集器采集的数据并通过USB接口与计算机进行数据传输及数据处理；信号发生器，用于接收处理器的数据并将该数据转化为控制被控对象的控制信号；所述数据采集器、处理器以及信号发生器集成于一集成电路板，所述仪器上的USB接口一端与该集成电路板相连接另一端与计算机上的USB接口相适配且两者直接相连。以下具体以一种电化学分析仪为例对本发明具有USB接口的智能仪器进行详细说明。
现在参考附图描述本发明的实施例，所述电化学分析仪的被控对象为恒电位仪。参考图1-2，本实施例中的电化学分析仪包括集成电路板80、包裹于该集成电路板80外部的外壳90、与该电路板80电连接的恒电位仪70、以及直接焊接于电路板80上的USB接口10。所述外壳90为金属外壳，当然也可以表面是金属电镀的外壳。该外壳90不但起到保护集成电路板80的作用，而且对集成电路板80实施电磁屏蔽，减少外界干扰，有效地实现仪器高精度的电化学测量和控制。所述USB接口10是与计算机上的USB接口10相适配的A型USB接口，其一端直接焊接于电路板80上，其另一端为USB插座或插头，且形状与计算机上的USB插头或插座相适配，该端的USB插座或插头可以直接插接于计算机上的USB插头或插座上。这样就不再需要连接线来连接于仪器与计算机之间，解决了原来计算机上的A型USB接口(插头或插座)与仪器上的B型USB接口(插头或插座)不能直接连接的问题。所述集成电路板80还包括与恒电位仪70电连接的扩展插槽81，该扩展插槽81可设置于仪器尾端或侧面。仪器通过扩展插座81可以连接电极或传感器，也可以和其他仪器连接，实现更复杂的功能，如各种测试方法的联用及有线、无线通讯控制。该结构的简单扩充可实现独立运行，无需外联计算机支持，并可同时保持USB联机功能。
所述集成电路板80为电化学分析仪电路板，该电路板80上的电路包括电源模块20、处理器30、信号发生器40、数据采集器50以及数字输入输出电路60。所述USB接口10与电路板80连接的一端包括四个引脚11，该引脚11直接焊接于电路板80上，其中两个引脚11与处理器30电连接，用于处理器30与计算机进行数据交换，另外两个引脚11与电源模块20电连接，用于计算机向电源模块20传输电能。电源模块20通过隔离滤波后获得各种正负电源为电路板80上的电路提供电能。
所述处理器30包括与USB接口10电连接的CPU31、为CPU31提供时钟频率的时钟32、为CPU31提供暂存的静态随机存储器SRAM33、与CPU31连接的存储器36、分别与信号发生器40和数据采集器50电连接的先进先出电路34以及通用逻辑控制器35。所述存储器36是采用高密度体积小的EEPPOM，该存储器36用于保存数据及程序，掉电时数据不会丢失。所述先进先出电路34有效地改善了处理器30处理数据的效率。所述通用逻辑控制器35分别与信号发生器40、数据采集器50以及数字输入输出电路60电连接。所述信号发生器40具体为将数字信号转换为控制恒电位仪70的模拟信号的数模转换器。所述数据采集器50具体为采集恒电位仪70数据并将采集到的模拟信号转换为数字信号的模数转换器。本实施例采用超小型高精度的数模转换器和模数转换器，所述信号发生器为20位数模转换器，可以提高控制信号的精度。所述数据采集器为24位模数转换器，可以提高数据采集的精度。当采用20位的数模转换器时，其最高电位分辨率可达10uV。
所述恒电位仪70分别与电路板30上的信号发生器40、数据采集器50以及数字输入输出电路60电连接。
当电化学分析仪工作时，处理器30通过USB接口10与外部计算机进行通讯，处理器30根据存储器36里预定的程序或计算机传来的指令控制信号发生器40、数据采集器50以及数字输入输出电路60将数字信号转换为模拟信号对恒电位仪70进行精确控制。恒电位仪70的相应信号通过数据采集器50转换为数字数据，处理器30根据选定的分析方法及测试原理对这些数据进行处理后得到最终的分析信号和分析结果，而后将最终分析信号和分析结果存储于存储器36或通过USB接口10上传至计算机。
本实施例在上述结构上还进行以下改进1、采用具有USB2.0接口的小体积高性能处理器芯片，芯片内部集成了静态随机存储器SRAM，先进先出存储器FIFO，通用输入输出接口GPIO等功能模块，实现对测控过程的全程控制记录，并实时测控、采集、处理并存储结果，或实时将采集结果高速传输到PC机，最高传输速度可达480Mbps。
2、采用T型网络，用3个模拟开关实现了6个物理量程，扩展了恒电位仪的电流测量范围。
3、软件设计了特殊算法，利用恒电位仪实现了恒电流控制和恒电阻控制，减小了仪器体积，增强了仪器功能，拓展了仪器的应用范围。设计了软件滤波程序，可用多种方法对实验数据进行实时滤波，省去了硬件滤波器，减小了仪器体积4、采用小体积插接件等。电路板上安装了超小体积2.5mm四芯插孔，配套外接传感器或外接功能模块也安装有相应插头，体积小巧，插拔方便。同时设计了采用相应插头的通用连接线，可连接各种其它仪器，实现了通用性。
本发明具有USB接口的智能仪器一方面将各个功能电路集成于一电路板上，加强电路的集成度，有效地减小仪器的体积；另一方面仪器通过与计算机相适配的USB接口直接连接于计算机上的USB接口，省去了连接线，简化了连接关系。因此，本发明具有USB接口的智能仪器具有体积小、使用方便的有益效果。
当然，所述恒电位仪可以集成于所述电路板上，如本实施例所述，组成一个整体式的微型电化学分析仪，也可以与该电路板电连接但设置于该电路板外，组成一台分体式的电化学分析仪。根据需要，所述恒电位仪也可以是其它类型的仪器模块，从而组成不同类型的智能仪器。所述电化学分析仪电路板集成的电化学分析方法包括循环伏安法，线性扫描伏安法，计时电流法，计时库仑法，计时电位法，时间电流曲线法，差分脉冲伏安法，常规脉冲伏安法，差分常规脉冲伏安法，双差分常规脉冲伏安法，方波伏安法，阶梯波伏安法，塔菲尔曲线法，整体电解法，阴极溶出伏安法，阳极溶出伏安法，电位溶出伏安法，交流循环伏安法，交流线性扫描伏安法等。本发明的智能仪器可以直接和计算机的USB接口连接，也可以通过USB延长线或USB HUB等与计算机USB接口连接。所述仪器上的USB接口可以是将标准A型USB插头焊接在该电路板上，如本实施例所述，仪器通过该插头与计算机的USB接口相连，也可以是将USB接口的4条引线直接印刷在该电路板一端，然后将电路板此端加工成适应A型USB插座的形状，这样电路板此端可以代替A型USB插头和计算机的USB接口直接相连，由于省略了标准A型USB插头的金属外壳和引脚，可进一步缩小仪器体积。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
权利要求
1.一种具有USB接口的智能仪器，用于与具有USB接口的计算机相连接且与该计算机进行数据传输及数据处理，其包括被控对象；数据采集器，用于采集被控对象的数据；处理器，用于接收数据采集器采集的数据并通过USB接口与计算机进行数据传输及数据处理；信号发生器，用于接收处理器的数据并将该数据转化为控制被控对象的控制信号；其特征在于所述数据采集器、处理器以及信号发生器集成于一集成电路板，所述仪器上的USB接口一端与该集成电路板相连接另一端与计算机上的USB接口相适配且两者直接相连。
2.如权利要求1所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述USB接口为A型USB插头，或者为其它能直接与A型USB插座相连的接口。
3.如权利要求1所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述被控对象为恒电位仪，所述集成电路板为还集成了恒电位仪的电化学分析仪电路板。
4.如权利要求3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于其还包括为所述电化学分析仪电路板提供电能的电源模块，该电源模块与所述USB接口电连接且通过该USB接口从计算机取得电能。
5.如权利要求3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述电化学分析仪电路板外包裹有金属外壳或表面金属电镀的外壳。
6.如权利要求3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述电化学分析仪电路板还包括与恒电位仪电连接的扩展插槽。
7.如权利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述信号发生器为20位数模转换器。
8.如权利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述处理器包括与信号发生器、数据采集器电连接的先进先出电路。
9.如权利要求1或2或3所述的具有USB接口的智能仪器，其特征在于所述数据采集器为24位模数转换器。
全文摘要
本发明公开了一种具有USB接口的智能仪器，该仪器用于与具有USB接口的计算机相连接且进行信号传输及处理，其包括被控对象；数据采集器，用于采集被控对象的数据；处理器，用于接收数据采集器采集的数据并通过USB接口与计算机进行数据传输及数据处理；信号发生器，用于接收处理器的数据并将该数据转化为控制被控对象的控制信号；所述数据采集器、处理器以及信号发生器集成于一集成电路板，所述仪器上的USB接口一端与该集成电路板相连接另一端与计算机上的USB接口相适配且两者直接相连。本发明的仪器具有体积小、使用方便的优点。
文档编号G01N27/26GK101051298SQ20071002816
公开日2007年10月10日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者夏勇 申请人:广州精微分析仪器有限公司