專利名稱：便攜式高精度亞納安級電流測量儀的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種小電流測量儀器，尤其是一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀。
背景技術(shù)：
生物傳感器是近50年發(fā)展起來的一種新的傳感器技術(shù)，由生物、化學、物理、醫(yī)學、電子技術(shù)等多種學科相互滲透而發(fā)展起來的新技術(shù)，現(xiàn)已成為一個活躍的研究領域，并展現(xiàn)出廣闊的應用前景，在臨床檢驗、生物醫(yī)學研究、食品安全及環(huán)境保護的檢測等領域得到了廣泛的應用。其應用的檢測方法很多，如電化學檢測、阻抗譜檢測、熒光和化學發(fā)光檢測和表面等離子體共振譜檢測等，但是目前因為電化學檢測具有靈敏度高、選擇性好、裝置簡單、體積小等優(yōu)點，在生物傳感器中應用最為廣泛，尤其是在新近科研和應用的熱點之一—基于微流控的生物傳感器中。電化學檢測可分為安培法、電導法和電位法等，而安培法因其靈敏度高、測量方便等應用極為廣泛，如家用微型血糖儀就是采用的該方法。在該方法中，必須測量的量就是氧化還原反應中產(chǎn)生的電流，對于微流通道中、便攜式生物傳感器中應用該方法產(chǎn)生的電流很小，一般是納安級到微安級，因而一種能測量小電流的儀器就顯得非常有必要和重要。目前該類設備主要有通用型和專業(yè)型兩類。通用型除了能測量電流之外，還可測量其它量，如電壓、阻抗等功能，因此其體積比較大，功耗較高、不便于攜帶；專業(yè)型是針對某一具體物質(zhì)的測量而設計的，如血糖儀；但這兩種類型的小電流測量儀，它們目前均沒有一種具有藍牙無線傳輸功能，無法實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的無線傳送。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀，它結(jié)構(gòu)簡單，體積小、便于攜帶，測量電流范圍大，精度高，低功耗，使用操作方便，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳送。本實用新型采用了如下技術(shù)方案:一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是:I)、包括有單片機控制單元、高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元、可編程放大器單元、濾波處理單元、高精度參考電壓單元、存儲單元、無線發(fā)送和接收單元、高精度參考電壓輸出單元、觸摸式LCD液晶顯示單元和供電單元；2)、單片機控制單元內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換；單片機控制單元的D/A轉(zhuǎn)換控制輸出端口與高精度參考電壓輸出單元的輸入端口連接，高精度參考電壓輸出單元輸出端口分別與被檢測的一端、可編程放大器單元的輸入端和單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接，單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口還分別與高精度參考電壓單元的輸出端和濾波處理單元的輸出端連接；單片機控制單元的信號輸入輸出端口分別與可編程放大器單元的信號輸入輸出口、觸摸式LCD液晶顯示單元的信號輸入輸出口、無線發(fā)送和接收單元信號輸入輸出口及存儲單元的輸入輸出端口連接；高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸入端與被檢測的另一端連接，高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端與可編程放大器單元的輸入端連接，可編程放大器單元的輸出端與濾波處理單元的輸入端連接。前述單片機控制單元包括單片機、調(diào)試接口和相應的外圍元器件，所述單片機的輸入輸出端口 P1、P2、P3 口分別與觸摸式IXD液晶顯示單元中的液晶顯示輸入輸出接口和觸摸芯片的輸入輸出端口連接；單片機的輸入輸出端口 P6 口分別與高精度參考電壓輸出單元的輸入端及輸出端、高精度參考電壓單元和濾波處理單元的輸出端連接；單片機的輸入輸出端口 P3、P4、P5 口分別與無線發(fā)送和接收單元中藍牙模塊的輸入輸出口和可編程放大器單元中可編程增益放大器的信號輸入輸出口連接；單片機的輸入輸出端口 P5 口與存儲單元的輸入輸出口連接，調(diào)試接口與單片機的輸入輸出口對應連接。前述觸摸式IXD液晶顯示單元包括液晶顯示屏、電阻型觸摸屏、觸摸芯片、液晶顯示輸入輸出接口、觸摸屏數(shù)據(jù)接口，液晶顯示輸入輸出接口分別與前述單片機控制單元中單片機的輸入輸出端口 P1、P2 口和液晶顯示屏的數(shù)據(jù)控制線連接；觸摸芯片的輸入輸出端口與單片機控制單元中單片機的輸入輸出端口 P3 口連接，觸摸屏數(shù)據(jù)接口與電阻型觸摸屏的數(shù)據(jù)線連接。前述的可編程放大器單元包括可編程增益放大器及外圍元件，可編程增益放大器的信號輸入輸出口與前述單片機控制單元中單片機的輸入輸出端口 P5 口連接，可編程增益放大器的輸入端與前述高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端和高精度參考電壓輸出單元的輸出端連接，可編程增益放大器的輸出端與前述濾波處理單元的輸入端連接。前述的無線發(fā)送與接收單元包括藍牙模塊及外圍元件，藍牙模塊的輸入輸出端口分別與前述單片機控制單元中單片機的輸入輸出端口 P3、P4、P5、P6 口連接。本實用新型利用單片機控制單元控制可編程放大器單元和單片機Ul內(nèi)帶的A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)將電流值轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)字值；利用外部高精度參考電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的值、單片機設定的不同放大倍數(shù)下的基準值和線性修正值對結(jié)果進行修正，得出精確的電流值，測量范圍可從0.1nA到500mA;同時通過單片機內(nèi)帶D/A轉(zhuǎn)換向外提供一個高精度參考電壓；測量結(jié)果可通過存儲單元及無線發(fā)送和接受單元將其保存起來和發(fā)送出去，并通過觸摸式LCD液晶顯示單元顯示相應的輸入的電流值、參考電壓值和當前的放大倍數(shù)值等信息，通過觸摸方式輸入相應的信息。由于采用高精度可編程放大器、低功耗運放、低功耗單片機和低功耗液晶顯示，因此具有體積小、功耗低、集成度高、性能穩(wěn)定且測量精度高等優(yōu)點，通過觸摸屏操作，簡化了操作；采用了藍牙模塊，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳送，非常方便與計算機、手機等無線產(chǎn)品通信。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，體積小、便于攜帶，測量電流范圍大，精度高，低功耗，使用操作方便，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳送。

本實用新型上述結(jié)構(gòu)可通過附圖所提供的非限定性實施例進一步說明。圖1為本實用新型的電路框圖；圖2為本實用新型中單片機控制單元的電路圖；圖3為本實用新型中觸摸式IXD顯示單元的電連接圖；圖4為本實用新型中可編程放大器單元的電路圖；圖5為本實用新型中無線發(fā)送與接收單元的電路圖。
具體實施方式
下面參照附圖說明本實用新型的實施方案。在圖1所示的實施方案中，一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀，包括有單片機控制單元、高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元、可編程放大器單元、濾波處理單元、高精度參考電壓單元、存儲單元、無線發(fā)送和接收單元、高精度參考電壓輸出單元、觸摸式LCD液晶顯示單元和供電單元；單片機控制單元內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換；單片機控制單元的D/A轉(zhuǎn)換控制輸出端口與高精度參考電壓輸出單元的輸入端口連接，高精度參考電壓輸出單元輸出端口分別與被檢測的一端、可編程放大器單元的輸入端和單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接，單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口還分別與高精度參考電壓單元的輸出端和濾波處理單元的輸出端連接；單片機控制單元的信號輸入輸出端口分別與可編程放大器單元的信號輸入輸出口、觸摸式LCD液晶顯示單元的信號輸入輸出口、無線發(fā)送和接收單元信號輸入輸出口及存儲單元的輸入輸出端口連接；高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸入端與被檢測的另一端連接，高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端與可編程放大器單元的輸入端連接，可編程放大器單元的輸出端與濾波處理單元的輸入端連接。在圖2所示的實施方案中，前述單片機控制單元包括單片機U1、調(diào)試接口 JKl和相應的外圍元器件，所述單片機Ul的輸入輸出端口 P1、P2、P3 口分別與觸摸式IXD液晶顯示單元中的液晶顯示輸入輸出接口 JK2和觸摸芯片U2的輸入輸出端口連接；單片機Ul的輸入輸出端口 P6 口分別與高精度參考電壓輸出單元的輸入端及輸出端、高精度參考電壓單元和濾波處理單元的輸出端連接；單片機Ul的輸入輸出端口 P3、P4、P5 口分別與無線發(fā)送和接收單元中藍牙模塊U4的輸入輸出口和可編程放大器單元中可編程增益放大器U3的信號輸入輸出口連接；單片機Ul的輸入輸出端口 P5 口與存儲單元的輸入輸出口連接，調(diào)試接口 JKl與單片機Ul的輸入輸出口對應連接。高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元包括運放AD8665、AD8628、LT6300芯片；濾波處理單元包括運放AD8628芯片和外圍元器件；高精度參考電壓單元包括超高精度參考電壓芯片ADR423及外圍元器件；存儲單元包括AT24C512 ;高精度參考電壓輸出單元包括運放AD8628、LT6300芯片；供電單元分別采用穩(wěn)壓芯片LM1117-5.0、穩(wěn)壓芯片 LM1117-3.3、MC34063、LM7805、LM7905。單片機Ul采用16位MSP430F169單片機芯片，MSP430F169單片機芯片內(nèi)帶D/A轉(zhuǎn)換實現(xiàn)輸出不同的參考電壓；內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對參考電壓、高精度電流電壓經(jīng)濾波處理單元后的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；內(nèi)帶的串口等可實現(xiàn)與無線發(fā)送和接收單元中的藍牙模塊進行通信。單片機MSP430F169同時實現(xiàn)對通過觸摸屏輸入的信息進行分析，并向其它部分發(fā)送相應的數(shù)據(jù)或控制信號；控制存儲器保存數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)；控制LCD液晶實現(xiàn)各種相關(guān)信息的顯示及通過無線發(fā)送和接收單元進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。單片機控制單元的電連接如圖2所示，單片機Ul的輸入輸出P6 口中，節(jié)點RefVoltOut, RefVolt分別與分別與高精度參考電壓輸出單元的輸入端、輸出端相連；節(jié)點HighPrecRefVolt與高精度參考電壓單元的輸出端相連,節(jié)點VFilter與濾波處理單元的輸出節(jié)點相連；單片機Ul的輸入輸出P1-P3 口中，節(jié)點DDODD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST、LCD_Control、TCS、TDOUT, TDIN、TCLK, TBUSY, TPENIRQ 分別與觸摸式IXD液晶顯示單元中的液晶顯示輸入輸出接口 JK2和觸摸芯片U2的輸入輸出端口相連，單片機Ul的輸入輸出P3 口中節(jié)點BFRX、BFTX和單片機Ul的輸入輸出P4、P5及 P6 口中的節(jié)點 BFMODE、BFINT、BFBaudRateSetIBFBaudRateSet4、BFChanneISetIBFChanneISet6分別與無線發(fā)送和接收單元中的對應節(jié)點相連；單片機Ul的輸入輸出P5口中節(jié)點PGA113CS、PGA113D10、PGA113SCLK分別與可編程放大器單元中對應節(jié)點相連；單片機Ul的輸入輸出端口 P5 口中的節(jié)點SDA、SCL分別與存儲單元中的輸入輸出節(jié)點相連；調(diào)試接口 JKl用于對單片機進行編程；供電節(jié)點AV3.0V、AV3.3V、DV3.3V、GND、AGND分別與供電單元中的高精度電源3.0V、模擬電源3.3V、數(shù)字電源3.3V、數(shù)字地、模擬地相連，為該單元提供工作電源。在圖3所示的實施方案中，前述觸摸式LCD液晶顯示單元包括液晶顯示屏、電阻型觸摸屏、觸摸芯片U3、液晶顯示輸入輸出接口 JK2、觸摸屏數(shù)據(jù)接口 JK3，液晶顯示輸入輸出接口 JK2分別與前述單片機控制單元中單片機Ul的輸入輸出端口 P1、P2 口和液晶顯示屏的數(shù)據(jù)控制線連接；觸摸芯片U2的輸入輸出端口與單片機控制單元中單片機Ul的輸入輸出端口 P3 口連接，觸摸屏數(shù)據(jù)接口 JK3與電阻型觸摸屏的數(shù)據(jù)線連接。觸摸芯片U3采用觸摸芯片TSC2046、液晶顯示屏采用液晶顯示屏JM12864，在單片機控制單元的控制下實現(xiàn)輸入和各種信息的顯示。液晶顯示輸入輸出接口 JK2的節(jié)點DDO—DD7、LCD_D1、LCD_RW、LCD_E、LCD_CSA、LCD_CSB、LCD_REST 及節(jié)點 LCD_Control 分別與單片機控制單元中單片機的輸入輸出端口 P1、P2 口的對應節(jié)點和液晶顯示屏的數(shù)據(jù)控制線相連，觸摸芯片U2的輸入輸出端口 TCS、TDOUT, TDIN、TCLK, TBUSY, TPENIRQ分別與單片機的輸入輸出端口 P3 口的對應節(jié)點相連，供電節(jié)點VDD、VSS分別與供電單元中的數(shù)字電源3.3V、數(shù)字地相連，為該單元提供工作電源。在圖4所示的實施例中，前述的前述的可編程放大器單元包括可編程增益放大器U3及外圍元件，可編程增益放大器U3的信號輸入輸出口與前述單片機控制單元中單片機Ul的輸入輸出端口 P5 口連接，可編程增益放大器U3的輸入端與前述高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端和高精度參考電壓輸出單元的輸出端連接，可編程增益放大器U3的輸出端與前述濾波處理單元的輸入端連接。可編程增益放大器U3采用PGA113可編程增益放大器芯片，在單片機控制單元的控制下實現(xiàn)1、2、5、10、20、50、100和200幾種放大倍數(shù)控制，以達到最大精度。節(jié)點PGA113CS、PGA113D10、PGA113SCLK分別與單片機控制單元中單片饑機Ul的輸入輸出P5中的對應節(jié)點相連；節(jié)點IVolt與高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元中的輸出端相連；節(jié)點RefVolt與高精度參考電壓輸出單元的輸出端相連；節(jié)點Vout與濾波處理單元中的輸入節(jié)點相連；供電節(jié)點AV3.3V、DV3.3V、AGND, GND分別與供電單元中的模擬電源
3.3V、數(shù)字電源3.3V、模擬地、數(shù)字地相連，為該單元提供工作電源。在圖5所示的實施例中，前述的無線發(fā)送與接收單元包括藍牙模塊U4及外圍元件，藍牙模塊U4的輸入輸出端口分別與前述單片機控制單元中單片機Ul的輸入輸出端口 P3、P4、P5、P6 口連接。藍牙模塊U4采用無線發(fā)送接收藍牙模塊BFlO-1芯片，實現(xiàn)在單片機控制單元的控制下與電腦的藍牙適配器、PDA、手機等通用藍牙設備連接進行數(shù)據(jù)的無線傳輸。節(jié)點 BFRX、BFTX, BFMODE, BFINT, BFBaudRateSetlBFBaudRateSet4、BFChannelSetlBFChannelSet6分別與單片機控制單元中單片機Ul的輸入輸出端口P3、P4、P5、P6 口對應節(jié)點相連；供電節(jié)點DV3.3V,GND分別與供電單元中的數(shù)字電源3.3V、數(shù)字地相連，為該單元提供工作電源。[0026]上述實施例也僅是用于說明本實用新型，不是對本實用新型的限制，在本實用新型的構(gòu)思前提下對本實用新型的改進，都屬于本實用新型權(quán)利要求保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是: 1)、包括有單片機控制單元、高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元、可編程放大器單元、濾波處理單元、高精度參考電壓單元、存儲單元、無線發(fā)送和接收單元、高精度參考電壓輸出單元、觸摸式LCD液晶顯示單元和供電單元； 2)、單片機控制單元內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換；單片機控制單元的D/A轉(zhuǎn)換控制輸出端口與高精度參考電壓輸出單元的輸入端口連接，高精度參考電壓輸出單元輸出端口分別與被檢測的一端、可編程放大器單元的輸入端和單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口連接，單片機控制單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端口還分別與高精度參考電壓單元的輸出端和濾波處理單元的輸出端連接；單片機控制單元的信號輸入輸出端口分別與可編程放大器單元的信號輸入輸出端口、觸摸式LCD液晶顯示單元的信號輸入輸出口、無線發(fā)送和接收單元信號輸入輸出口及存儲單元的輸入輸出端口連接；高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸入端與被檢測的另一端連接，高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端與可編程放大器單元的輸入端連接，可編程放大器單元的輸出端與濾波處理單元的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是前述單片機控制單元包括單片機(Ul)、調(diào)試接口(JKl)和相應的外圍元器件，所述單片機(Ul)的輸入輸出端口 P1、P2、P3 口分別與觸摸式IXD液晶顯示單元中的液晶顯示輸入輸出接口(JK2)和觸摸芯片(U2)的輸入輸出端口連接；單片機(Ul)的輸入輸出端口 P6 口分別與高精度參考電壓輸出單元的輸入端及輸出端、高精度參考電壓單元和濾波處理單元的輸出端連接；單片機(Ul)的輸入輸出端口 P3、P4、P5、P6 口分別與無線發(fā)送和接收單元中藍牙模塊(U4)的輸入輸出口和可編程放大器單元中可編程增益放大器(U3)的信號輸入輸出口連接；單片機(Ul)的輸入輸出端口 P5 口與存儲單元的輸入輸出口連接，調(diào)試接口(JKl)與單片機(Ul)的輸入輸出口對應連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是前述觸摸式LCD液晶顯示單元包括液晶顯示屏、電阻型觸摸屏、觸摸芯片(U3)、液晶顯示輸入輸出接口(JK2)、觸摸屏數(shù)據(jù)接口(JK3)，液晶顯示輸入輸出接口(JK2)分別與前述單片機控制單元中單片機(Ul)的輸入輸出端口 P1、P2 口和液晶顯示屏的數(shù)據(jù)控制線連接；觸摸芯片(U2)的輸入輸出端口與單片機控制單元中單片機(Ul)的輸入輸出端口 P3 口連接，觸摸屏數(shù)據(jù)接口(JK3)與電阻型觸摸屏的數(shù)據(jù)線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是前述的可編程放大器單元包括可編程增益放大器(U3)及外圍元件，可編程增益放大器(U3)的信號輸入輸出口與前述單片機控制單元中單片機(Ul)的輸入輸出端口 P5 口連接，可編程增益放大器(U3)的輸入端分別與前述高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端和高精度參考電壓輸出單元的輸出端連接，可編程增益放大器(U3)的輸出端與前述濾波處理單元的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式高精度亞納安級電流測量儀，其特征是前述的無線發(fā)送與接收單元包括藍牙模塊(U4)及外圍元件，藍牙模塊(U4)的輸入輸出端口分別與前述單片機控制單元中單片機(Ul)的輸入輸出端口 P3、P4、P5、P6 口連接。
專利摘要本實用新型涉及一種小電流測量儀器，尤其是一種便攜式高精度亞納安級電流測量儀，包括單片機控制單元、高精度電流電壓轉(zhuǎn)換單元、可編程放大器單元、濾波處理單元、高精度參考電壓單元、存儲單元、無線發(fā)送和接收單元、高精度參考電壓輸出單元、觸摸式LCD液晶顯示單元和供電單元；單片機控制單元中的單片機內(nèi)帶D/A轉(zhuǎn)換實現(xiàn)輸出不同的參考電壓；內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對參考電壓、高精度電流電壓經(jīng)濾波處理單元后的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值；內(nèi)帶的串口等可實現(xiàn)與無線發(fā)送和接收單元中的藍牙模塊進行通信。單片機同時實現(xiàn)對通過觸摸屏輸入的信息進行分析，并向其它部分發(fā)送相應的數(shù)據(jù)或控制信號；控制存儲器保存數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)；控制LCD液晶實現(xiàn)各種相關(guān)信息的顯示及通過無線發(fā)送和接收單元進行數(shù)據(jù)傳輸。
文檔編號G01R19/25GK202994896SQ201220722688
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者陳龍聰, 劉亞濤, 高斌, 熊興良, 陳萍, 奉嬌, 蘇愛華 申請人:重慶醫(yī)科大學