专利名称：新型实验数据采集装置的利记博彩app
技术领域：
本实用新型为一种数据采集装置，尤其是指一种用在教学实验中的数据采集装置。
背景技术：
现代社会对教育事业的重视程度正在逐步提高，而教师的教育方式也逐步得到改进，由原来的填鸭式的教学方式到更注重素质教育，尤其是在进行自然科学教学的时候，教师们更注重采用实验的方式将知识直观的展示给学生，使学生对这些内容的加强记忆并且容易理解。
一般在进行实验的时候，需要对实验数据进行采集，进而将采集的信息传送至计算机上，采用图表或者示意图等形式将实验数据显示出来，但是现有的实验中的数据采集装置一般都是根据每个实验项目以及仪器配置，也就是说具有很大的局限性，每个数据采集装置只能用于与其对应的实验，这就在很大程度上增加了实验仪器的费用，造成了资源浪费，所以就目前的教学状况，教学中需要一种兼容性强、使用方便的数据采集装置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种数据采集装置，该装置使用方便，易于安装维护，具有通用性以及很强的兼容性，容易进行新实验的开发以及实验内容的扩充。
本实用新型的目的是这样实现的一种新型实验数据采集装置，连接在上位机与实验仪器之间，包括数据处理单元、模数转换单元、电机驱动单元、传感器识别输入单元以及电源单元，电源单元提供工作电源，所述的传感器识别输入单元连接于模数转换单元的输入端，该模数转换单元的输出端与数据处理单元连接，所述的电机驱动单元的输入端连接于数据处理单元的输出端，所述的电机驱动单元的输出端与实验仪器连接，所述的数据处理单元与上位机双向连接；所述的传感器识别输入单元接收外部传感器的信号，由所述的模数转换单元转换后传送给所述的数据处理单元；数据处理单元未接收到传感器信号时，上位机传送启动信号给数据处理单元，数据处理单元的输出端输出信号至所述的电机驱动单元，电机驱动单元驱动实验仪器。
所述的数据处理单元为单片机，型号为ATMEGA128，且包含程序存储器以及数据存储器。
所述的数据处理单元与上位机之间通过USB口连接。
所述的传感器识别单元包括模拟通道以及数字通道，该模拟通道以及数字通道由同一端口输入信号。
所述的模拟通道为4个，其中第一、第二模拟通道均为三量程程控增益差分输入，通道放大倍数为×1、×10或×200，最小分辩电压为25μV；第三模拟通道为单位增益差分输入，通道放大倍数为×1，其单端采集满量程为0～5V，最小分辩电压为5mV；第四模拟通道具有增益缓冲放大器，型号为ICL7109。
所述的数字通道输出端直接连接光电门，时间分辨率是1μS。
所述的模数转换单元具有四个模数转换通道，由直流或交流方式控制通道的零点位置，在直流方式下，通道的零点位置为0V，输入信号范围为0V～+5V；在交流方式下，通道的零点位置为2.5V，输入信号范围为-2.5V～+2.5V。
所述的电源单元由LM2575开关电源芯片以及LT1085ADJ电源芯片构成，其中LM2575开关电源芯片提供直流电源，LT1085ADJ电源芯片提供交流电源。
所述的电机驱动单元由通用接口芯片ULN2003A与所述的数据处理单元连接，在通用接口芯片ULN2003A四路集电极开路输出时，电机驱动单元驱动电源单元输出直流电。
所述的电源单元具有一辅助供电电源。
本实用新型的效果是显著的本实用新型对硬件进行了扩充，且采用USB接口与上位机连接，使得该装置使用方便，易于安装维护，具有通用性以及很强的兼容性，更容易进行新实验的开发以及实验内容的扩充。
图1为本实用新型的电路结构框图。
图2为本实用新型的具体电路图。
具体实施方式
参见图1，图1为本实用新型的结构框图。本实用新型提供了一种新型实验数据采集装置，连接在上位机(计算机)与实验仪器之间，包括数据处理单元、模数转换单元、电机驱动单元、传感器识别输入单元以及电源单元，电源单元提供工作电源，所述的传感器识别输入单元连接于模数转换单元的输入端，该模数转换单元的输出端与数据处理单元连接，所述的电机驱动单元的输入端连接于数据处理单元的输出端，所述的电机驱动单元的输出端与实验仪器连接，所述的数据处理单元与上位机双向连接；所述的传感器识别输入单元接收外部传感器的信号，由所述的模数转换单元转换后传送给所述的数据处理单元；数据处理单元未接收到传感器信号时，上位机传送启动信号给数据处理单元，数据处理单元的输出端输出信号至所述的电机驱动单元，电机驱动单元驱动实验仪器。
在进行物理实验时，本实用新型相当于集成了四通道模拟记忆示波器和四通道智能毫秒计的装置，在本实施例中，作为控制部件的数据处理单元为单片机，型号为ATMEL ATMEGA128，该单片机内部包含128K字节程序存储器4K字节RAM数据存储器，以8MHz时钟工作，本实用新型与计算机通过标准USB接口进行通讯以传递命令和数据。这样的设置使本实用新型可以独立进行数据采集，实时性好，在硬件上独立于与之连接的计算机，减少了计算机对数据采集部分干扰且装拆方便易于维护，并可与多种上位机(计算机)配合构成实验系统。
在应用本实用新型的时候，为便于控制联络，设计了一个命令集，上位机通过标准通讯口传递命令和参数来控制实验过程，无须了解接口硬件细节。由于命令集以ASCII码字符构成，上位机便于通过各种高级语言来编写实验程序以自行扩充实验内容。命令集内设有直接读写单片机数据空间(寄存器，存储器)命令，熟悉硬件的用户可方便地进行二次开发。
结合图2的内容，本实用新型所述的传感器识别单元包括模拟通道以及数字通道，该模拟通道以及数字通道由同一端口输入信号。所述的模拟通道为4个，其中第一、第二模拟通道均为三量程程控增益差分输入，通道放大倍数为×1、×10或×200，最小分辨电压为25μV；第三模拟通道为单位增益差分输入，通道放大倍数为×1，其单端采集满量程为0～5V，最小分辩电压为5mV；第四模拟通道具有增益缓冲放大器，型号为ICL7109。所述的数字通道输出端直接连接光电门，时间分辨率是1μS。
在本实施例中，所述的传感器识别单元可设定该四个模拟通道为A、B、C、D，这四个通用通道即可以做模拟通道又可以做数字通道，对传感器能自动识别。其中A、B、C通道转换精度为10位(二进制)，满量程0～5V(-2.5V～+2.5V)；50K SPS采样率(单通道转换时间为20μS)；A、B通道为三量程程控增益差分输入，通道放大倍数X1 X10 X200最小分辨电压为25μV；C通道单位增益差分输入；通道放大倍数X1单端采集满量程0--5V；最小分辨电压为5mV；A、B、C通道三路10位PWM零点偏移位置进行调节0～+2.5V(零点偏移分辨率2.5mV，与量程无关)；D通道是配接ICL7109 X10增益缓冲放大器，采集满量程电压-204.8mV～+204.8mV，双极性-4095～+4095；最小分辨电压为50μV，(转换时间为200mS)，正负超量程为4096(1000H)。
在本实施例中，所述的模数转换单元具有四个模数转换通道，由直流或交流方式控制通道的零点位置，四个A/D通道用片内A/D转换，ADC参考电压用4.80V转换精度为10位(二进制)，满量程2.5V，转换时间为20μS。其A通道为三量程程控增益差分输入，A通道放大倍数X1、X10、X200；A、B通道最小分辨电压为25μV；D通道是配接ICL7109单位增益缓冲放大器，最小分辨电压为0.05mV。
由于片内A/D转换是单极性的，为了能采集交流信号，各通道将零点移动到2.5V，从而零点A/D转换读数为半量程值(10位精度时为200H，8位精度时为80H)；A、B、C通道可通过程序控制零点位置。A通道(B通道)零点位置为0V。输入信号范围为0V～+5V，称为直流方式；零点位置为2.5V，输入信号范围为-2.5V～+2.5V，称为交流方式。模拟通道为三路10位PWM(0C3A，0C3B，0C3C)零点位置进行调节。
参考图2所示的电路图，本实用新型的数字通道的数字信号先经运算放大器缓冲再经电压比较器LM3 39整形送至INT0、INT1、INT2、INT3 CPU进行脉冲事件捕获，可以测量记录每个端口电平发生变化的时刻，从而可以测各通道信号的脉宽、间隔等，相当于四位逻辑分析仪。时间分辨率为1μS。本实用新型要求输入数字信号高电平大于3V，低电平小于1V，在输入端内部没有接上拉电阻，接光电门时需在传感器处接上拉电阻。光电门发光二极管供电的电源用+5V。
在进行模拟记忆示波器的实验时，这四个通道也可作为触发信号输入端。
本实用新型的电源单元可由LM2575开关电源芯片以及LT1085ADJ电源芯片构成，其中LM2575开关电源芯片提供直流电源，输出5V；LT1085ADJ电源芯片提供交流电源，输出+7V；所述的电机驱动单元由通用接口芯片ULN2003A与所述的数据处理单元连接，在通用接口芯片ULN2003A四路集电极开路输出时，电机驱动单元驱动电源单元输出直流电，DC供电输出2V～6.25V可调，每路可单独驱动200MA，四路总电流为300MA，此时数据处理单元驱动电机驱动单元，使电机驱动单元输出信号，为激光器或自由落体电磁铁供电或超声波测距供电和提供驱动信号。
结合图2所示，本实施例中，单片机PORTB0～PORTB3通过ULN2003A四路集电极开路输出，电机驱动电源DC供电输出采用LM2575ADJ开关电源芯片，基准电压用PWM控制，3～12V可调，每路可单独驱动100MA。
电机驱动输出可以为激光器供电、为自由落体电磁铁供电、为超声波测距供电和提供驱动信号。
本实用新型所采用的通信接口是由PHILIPS ISP1581构成高速USB2.0接口，兼容USB1.1接口；由ATMEGA128L单片机片内串口单元加电平转换芯片ICL2 32构成三线全双工RS2 32电平异步串行口，外加两条PC机的RTS和CTS线，上电复位后，串行口波特率为9600，8数据位，1停止位，无奇偶校验，可用命令改变波特率，通讯波特率可选4800，9600，19200，25600，28800，38400，46080，57600，76800，115200。
本实用新型的模拟通道采用MAX197取消了多量程放大器，容易保证模拟通道精度；增加了热敏电阻测量室内温度单元，可对热电偶测温进行冷端补偿；程序存储器和数据存储器移至CPU片内，结构更加紧凑，增加了可靠性；数字通道与模拟通道共用同一端口输入，可以同时使用；电机驱动电源用LM2575开关电源芯片，虽然与直流5V数字电路电源共用变压器绕组，但输出3V～12V可调，用电机驱动ULN2003控制通断，可用作激光器供电、为自由落体电磁铁供电、为超声波测距供电和提供驱动信号；直流5V数字电路电源采用LM2575开关电源芯片，降低了功率损耗，减小了变压器体积，并可与电机驱动电源共用变压器绕组；模拟电路电源采用低压差芯片LT1085ADJ输出+7V，LT1085输出+5V，降低了变压器绕组电压，增加了模拟电路电源输出电流。
综上所述，本实用新型从中学常用物理实验的要求出发，考虑当前物理实验的实验内容、实验设备和实验教学人员素质等因素，设计出的本装置能够使用方便，易于安装维护；作为一个通用的数据采集系统，用于多个物理实验；可与不同档次PC机组合成实验系统；易于开发新实验和扩充实验内容。
权利要求1.一种新型实验数据采集装置，连接在上位机与实验仪器之间，其特征在于，包括数据处理单元、模数转换单元、电机驱动单元、传感器识别输入单元以及电源单元，电源单元提供工作电源，所述的传感器识别输入单元连接于模数转换单元的输入端，该模数转换单元的输出端与数据处理单元连接，所述的电机驱动单元的输入端连接于数据处理单元的输出端，所述的电机驱动单元的输出端与实验仪器连接，所述的数据处理单元与上位机双向连接；所述的传感器识别输入单元接收外部传感器的信号，由所述的模数转换单元转换后传送给所述的数据处理单元；数据处理单元未接收到传感器信号时，上位机传送启动信号给数据处理单元，数据处理单元的输出端输出信号至所述的电机驱动单元，电机驱动单元驱动实验仪器。
2.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的数据处理单元为单片机，型号为ATMEGA128，且包含程序存储器以及数据存储器。
3.如权利要求2所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的数据处理单元与上位机之间通过USB口连接。
4.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的传感器识别单元包括模拟通道以及数字通道，该模拟通道以及数字通道由同一端口输入信号。
5.如权利要求4所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的模拟通道为4个，其中第一、第二模拟通道均为三量程程控增益差分输入，通道放大倍数为×1、×10或×200，最小分辩电压为25μV；第三模拟通道为单位增益差分输入，通道放大倍数为×1，其单端采集满量程为0～5V，最小分辩电压为5mV；第四模拟通道具有增益缓冲放大器，型号为ICL7109。
6.如权利要求4所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的数字通道输出端直接连接光电门，时间分辨率是1μS。
7.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的模数转换单元具有四个模数转换通道，由直流或交流方式控制通道的零点位置，在直流方式下，通道的零点位置为0V，输入信号范围为0V～+5V；在交流方式下，通道的零点位置为2.5V，输入信号范围为-2.5V～+2.5V。
8.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的电机驱动单元由通用接口芯片ULN2003A与所述的数据处理单元连接，在通用接口芯片ULN2003A四路集电极开路输出时，电机驱动单元驱动电源单元输出直流电。
9.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的电源单元具有一辅助供电电源。
10.如权利要求1所述的新型实验数据采集装置，其特征在于，所述的数据处理单元的输入端连接有热敏电阻测量室内温度单元。
专利摘要本实用新型公开了一种新型实验数据采集装置，连接在上位机与实验仪器之间，其包括数据处理单元、模数转换单元、电机驱动单元、传感器识别输入单元以及电源单元，电源单元提供工作电源，模数转换单元接于传感器识别输入单元与数据处理单元间；电机驱动单元连接于数据处理单元的输出端与实验仪器间，且数据处理单元与上位机双向连接；传感器识别输入单元接收外部传感器的信号，由模数转换单元转换后传送给数据处理单元；数据处理单元未接收到传感器信号时，上位机传送启动信号给数据处理单元，数据处理单元的输出端输出信号至电机驱动单元，以驱动实验仪器。本实用新型使用方便，易于安装维护，通用性、兼容性强，更容易进行新实验的开发以及实验内容的扩充。
文档编号G05B19/02GK2927137SQ20062002328
公开日2007年7月25日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者房德慧, 朱澄 申请人:北京宇华兴传感技术有限公司