專利名稱：一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線傳輸技術(shù)，尤其涉及一種應(yīng)用無線傳輸技術(shù)獲取實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，各種實(shí)驗(yàn)儀器在獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，通常都是基于傳感技術(shù)將傳感器 獲得的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。也就是說，目前 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是通過有線傳輸方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。
采用有線傳輸方式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在以下缺陷
由于基于傳感技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器都是有線傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致儀器在安裝時(shí) 涉及到復(fù)雜的布線過程，并且，日后對(duì)線材進(jìn)行維護(hù)也比較困難。而且，傳感 器上的連接線會(huì)影響部分實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，例如力學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，由于傳感器需配合 實(shí)驗(yàn)設(shè)備移動(dòng)，不能固定傳感器的位置，在這種情況下，有線連接會(huì)影響實(shí)驗(yàn) 的可行性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以解決目前基于有線傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn) 教學(xué)儀器給實(shí)驗(yàn)造成的不良影響。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括
采集第一數(shù)據(jù)，并將所述第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行無線傳輸?shù)臒o線傳 感器模塊；
將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊，與所述傳感器模塊連接； 根據(jù)需求對(duì)所述第二數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的處理模塊，與所述轉(zhuǎn)換模塊連接。 當(dāng)所述第一數(shù)據(jù)為非電信號(hào)形式的數(shù)據(jù)時(shí)，所述無線傳感器模塊具體包
括
采集第一數(shù)據(jù)，并將所述非電信號(hào)形式的第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成才莫擬信號(hào)的第一轉(zhuǎn)換單元；
將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換單元，與所述第 一轉(zhuǎn)換單元連
接；
通過無線方式將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的無線發(fā)射單元，與所述第二轉(zhuǎn)換 單元連接。
當(dāng)所述第一數(shù)據(jù)為非電信號(hào)形式的數(shù)據(jù)時(shí)，所述無線傳感器模塊具體包
括
采集第一數(shù)據(jù)，并將所述非電信號(hào)形式的第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的第一 轉(zhuǎn)換單元；
將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換單元，與所述第一轉(zhuǎn)換單元連
接；
根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理單元，與所述第 二轉(zhuǎn)換單元連接；
通過無線方式將所述進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的無線發(fā)射單元，與 所述預(yù)處理單元連接。
所述無線傳感器模塊還包括
對(duì)所述模擬信號(hào)做進(jìn)一步優(yōu)化處理的優(yōu)化單元，設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)換單元 與所述第二轉(zhuǎn)換單元之間。
所述優(yōu)化單元為放大電路。
所述無線傳感器^^莫塊為采用zigbee無線傳輸協(xié)議的無線傳感器。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果
本實(shí)用新型利用無線傳輸技術(shù)替代了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中的有線傳輸，從而不需要 對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行布線，簡(jiǎn)化了儀器的安裝過程；
利用本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行那些傳感器不能安裝在固定位置的實(shí)驗(yàn) 時(shí)，可以最大限度的減少外界干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；
利用無線傳感器之后，實(shí)驗(yàn)可以不受空間的限制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行；
同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程無人值守，全自動(dòng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

圖l為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型針對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在的以上缺陷，采用無線傳感器來代替目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的有線傳感器來傳輸實(shí)驗(yàn)參數(shù)，將實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)量的變化轉(zhuǎn)變成精確的電信號(hào)，通過模擬、數(shù)字電路的組合，采用低功耗的無線傳輸技術(shù)
-zigbee技術(shù)，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑⒔Y(jié)合數(shù)字信號(hào)處理軟件，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。
當(dāng)然，也可以采用藍(lán)牙或wifi等無線技術(shù)的無線傳感器來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
<第一實(shí)施例>
參考圖1所示，圖1為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以進(jìn)行物理、化學(xué)、生物等各種實(shí)驗(yàn)，因此，實(shí)驗(yàn)參數(shù)也是各種各樣的。本實(shí)施例以一個(gè)測(cè)量物體的勻速運(yùn)動(dòng)的速度的物理實(shí)驗(yàn)為例，對(duì)上述每個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1中包括無線傳感器模塊、轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊。其中，無線傳感器模塊具體包括第一轉(zhuǎn)換單元、第二轉(zhuǎn)換單元和無線發(fā)射單元。
物體在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，勻速運(yùn)動(dòng)的速度=位移/時(shí)間，因此，第一轉(zhuǎn)換單元首先要采集物體運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間量，采集到的位移和時(shí)間量都是非電信號(hào)的量，由第一轉(zhuǎn)換單元將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。然后，第二轉(zhuǎn)換單元再將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成高精度的數(shù)字信號(hào)。由無線發(fā)射單元將上述數(shù)字信號(hào)按照一定的數(shù)據(jù)格式打包后，利用zigbee協(xié)議發(fā)送給轉(zhuǎn)換模塊。該數(shù)字信號(hào)為電壓信號(hào)。
轉(zhuǎn)換模塊將上述表示位移和時(shí)間量的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移和時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的保存和管理，例如，位移50米，時(shí)間5秒鐘。轉(zhuǎn)換完成后，通過usb技術(shù)，將獲得的數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊。
處理模塊采用數(shù)字信號(hào)處理軟件對(duì)接收到的上述數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，例如，可以利用上述數(shù)據(jù)計(jì)算出勻速運(yùn)動(dòng)速度10m/s進(jìn)行進(jìn)一步的處理，以得到其他實(shí)驗(yàn)量。處理的具體過程是現(xiàn)有技術(shù)，這里不再具體說明處理的過程。<第二實(shí)施例>
本實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別在于，第一實(shí)施例中，無線傳感器模塊在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，直接將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給處理模塊，由處理模塊
進(jìn)行處理，即，第一實(shí)施例中的無線傳感器模塊不具有處理信號(hào)的功能。而本實(shí)施例中，無線傳感器模塊具有信號(hào)處理的功能。
參考圖2所示，圖2為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。無線傳感器模塊的信號(hào)處理功能是由預(yù)處理單元實(shí)現(xiàn)的，即，在第二轉(zhuǎn)換單元之后，加入了一個(gè)預(yù)處理單元，由預(yù)處理單元根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件對(duì)轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，例如可以預(yù)先設(shè)定反映元素之間關(guān)系的函數(shù)。
圖2中包括無線傳感器模塊、轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊。其中，無線傳感器模塊具體包括第一轉(zhuǎn)換單元、第二轉(zhuǎn)換單元、預(yù)處理單元和無線發(fā)射單元。
仍然以第一實(shí)施例中計(jì)算物體的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度為例。第一轉(zhuǎn)換單元首先將采集到的非電信號(hào)的位移和時(shí)間量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
然后，第二轉(zhuǎn)換單元再將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成高精度的數(shù)字信號(hào)。
轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，預(yù)處理單元根據(jù)預(yù)先設(shè)定的函數(shù)關(guān)系勻速運(yùn)動(dòng)的速度=位移/時(shí)間，利用上述表示位移和時(shí)間量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出勻速運(yùn)動(dòng)的速度。
無線發(fā)射單元將上述表示勻速運(yùn)動(dòng)的速度的數(shù)字信號(hào)以一定的數(shù)據(jù)格式打包后，利用zigbee協(xié)議發(fā)送給轉(zhuǎn)換模塊。
轉(zhuǎn)換模塊將上述表示位移和時(shí)間量的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移和時(shí)間數(shù)據(jù)，例如，位移50米，時(shí)間5秒鐘。轉(zhuǎn)換完成后，通過usb技術(shù)，將獲得的數(shù)據(jù)傳輸至處理模塊。
處理模塊采用數(shù)字信號(hào)處理軟件對(duì)接收到的勻速運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，以得到其他需要的實(shí)驗(yàn)量，并直觀的將實(shí)驗(yàn)的過程顯示出來。
上述第一和第二實(shí)施例中的信號(hào)都是沒有經(jīng)過優(yōu)化處理的信號(hào)，為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，還可以在上述第一和第二實(shí)施例的方案的基礎(chǔ)上，對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。例如，在第一轉(zhuǎn)換單元與第二轉(zhuǎn)換單元之間設(shè)置對(duì)模擬信號(hào)做進(jìn)一步優(yōu)化處理的優(yōu)化單元，下面以放大電路為例進(jìn)行說明。
非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)之后，轉(zhuǎn)換成的模擬電信號(hào)大多數(shù)幅度較小，不宜用于分析，或者電信號(hào)帶負(fù)載能力較差，不能直接用來轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，因此，采用高精度線性放大器構(gòu)成比例放大電路，將幅度較小的電信號(hào)放大為符合要求的電信號(hào)。同時(shí)，比例放大電路還具有穩(wěn)定電信號(hào)的作用，使得與放大電路連接的轉(zhuǎn)換模塊能夠穩(wěn)定工作。
在第二轉(zhuǎn)換單元將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后，也可以連接對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化處理的的電路模塊，例如，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波的濾波電路等。
綜上所述，本實(shí)用新型在實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器中，采用無線傳感器來替代有線傳
感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)量的采集，省去了傳感器安裝的繁瑣步驟；采用zigbee傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的傳輸，避免了傳輸過程中噪聲對(duì)電信號(hào)的干擾，將數(shù)據(jù)傳輸對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的影響降到了最小，加強(qiáng)了對(duì)現(xiàn)有大量實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化；有利于對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行精確的判斷，輔助搡作人員成功順利的完成各項(xiàng)實(shí)^r。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1. 一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，其特征在于，包括采集第一數(shù)據(jù)，并將所述第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行無線傳輸?shù)臒o線傳感器模塊；將所述數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊，與所述傳感器模塊連接；根據(jù)需求對(duì)所述第二數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的處理模塊，與所述轉(zhuǎn)換模塊連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述第一數(shù)據(jù)為非電 信號(hào)形式的數(shù)據(jù)時(shí)，所述無線傳感器模塊具體包括釆集第 一數(shù)據(jù)，并將所述非電信號(hào)形式的第 一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的第一 轉(zhuǎn)換單元；將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換單元，與所述第 一轉(zhuǎn)換單元連接；通過無線方式將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的無線發(fā)射單元，與所述第二轉(zhuǎn)換 單元連接。
3. 如權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述第一數(shù)據(jù)為非電 信號(hào)形式的數(shù)據(jù)時(shí)，所述無線傳感器模塊具體包括采集第一數(shù)據(jù)，并將所述非電信號(hào)形式的第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成^^莫擬信號(hào)的第一 轉(zhuǎn)換單元；將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的第二轉(zhuǎn)換單元，與所述第 一轉(zhuǎn)換單元連接；根據(jù)預(yù)先設(shè)定的條件對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的預(yù)處理單元，與所述第 二轉(zhuǎn)換單元連接；通過無線方式將所述進(jìn)行預(yù)處理的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行發(fā)射的無線發(fā)射單元，與 所述預(yù)處理單元連接。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器模 塊還包括對(duì)所述模擬信號(hào)做進(jìn)一步優(yōu)化處理的優(yōu)化單元，設(shè)置在所述第一轉(zhuǎn)換單元 與所述第二轉(zhuǎn)換單元之間。
5. 如權(quán)利要求4所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化單元為放大電路。
6. 如權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述無線傳感器模塊為采 用zigbee無線傳輸協(xié)議的無線傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型提供了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域，包括采集第一數(shù)據(jù)，并將第一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行無線傳輸?shù)臒o線傳感器模塊；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊，與傳感器模塊連接；根據(jù)需求對(duì)所述第二數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的處理模塊，與轉(zhuǎn)換模塊連接。本實(shí)用新型利用無線傳輸技術(shù)替代了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)中的有線傳輸，從而不需要對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行布線，簡(jiǎn)化了儀器的安裝過程；利用本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行那些傳感器不能安裝在固定位置的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以最大限度的減少外界干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；利用無線傳感器之后，實(shí)驗(yàn)可以不受空間的限制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行；同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程無人值守，全自動(dòng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK201307331SQ200820123638
公開日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者姜亞東, 王艷輝 申請(qǐng)人:北京旌歌時(shí)代科技有限公司