CN105379305A - 用于测量物理量的便携式电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量物理量的便携式电子设备，包括测量物理量的值或变化并将其转换成模拟电信号的至少一个传感器设备和实时地获取模拟电信号、将其转换成数字格式并计算工程值的电子设备，包括被以可拆卸方式在操作上连接的两个不同物理单元，其中：所述物理单元中的第一个是智能移动电子设备；并且其中，所述物理单元中的第二个包括所述电气/电子传感器设备、对应于所述第一单元上的所述扩音器连接端口的插口连接器、以及将由所述至少一个传感器设备生成的所述模拟电信号转换成频率值并将其发射到所述输出插孔连接器的电气/电子装置。

Description

用于测量物理量的便携式电子设备
技术领域
本发明涉及用于测量物理量的便携式电子设备。
更具体地，本发明描述的设备意图关于一个或多个物理量实时地且以可观的精度水平提供所选测量的结果。
背景技术
在现有技术中，各种类型的便携式设备是已知的，具有使得其适合于被用户容易地携带的尺寸，并且意图用于测量所确定物理量。
优选地，这些设备被借助于音频输入插孔而连接到移动电话设备。
文献No.CN102764128A描述了一种用于测量和监视肺功能的设备，包括在其下侧上具有口件以用于吹入的壳体，同时所述壳体的分别地左侧和右侧壁被提供有进气口。壳体的上部被提供有插头，而转子和定子被布置在壳体内部，其中，转子位于所述口件之上，而定子位于转子之上。为了被使用，用于测量和监视肺功能的所述设备被借助于插头***移动电话设备的插孔输入端中。当用户向其中吹气时，促使由磁性材料制成的转子的叶片旋转，从而在所述旋转叶片与线圈之间产生磁性感应，在其中生成被借助于所述插头发射到移动电话设备的电信号；在这里，所述移动电话设备接收所述电信号并对其进行滤波，分析频谱并将所获得的数据与在同一设备中的预置数据相比较，使得获取关于肺功能的信息。
在文献US8302860B1中描述了一种用于读取输入数据的另一设备，其通过将外部设备连接到移动电话设备的插孔输入端进行操作。更具体地，所述已知读取设备包括读出磁头，该读出磁头又包括开口，使得可以扫描***或类似物并由此完成所请求的银行交易。所述读出磁头读取包含在***或类似物中的磁条中的数据，生成对应于所述数据的电信号；在移动电话设备中执行数据的后续解码。
现有技术还已知其它设备，被提供有更加或不那么高级的技术，被用来监视人的血液酒***平，并被布置成利用移动电话设备的音频插口接口。
然而，所述已知设备呈现出各种类型的问题。首先，所述已知设备展示出用于借助于协议来管理数据的数字化和传输的机载微控制器的存在：这是硬件部件的明显尺寸过大，并且就设备的目的而言并不是必需的。
另外，大多数所述已知设备只能测量一个预设物理量，并且不能根据用户的偏好测量不同的、与上下文有关的或单独的量。
所述已知设备还具有相对复杂的结构，所有这些必然伴随有组装、维护的困难和相对高的成本。
发明内容
本发明的目的是提供用于上述问题的补救。
本发明的目的是提供一种用于测量物理量的便携式电子设备，其特征在于特别简单且足以能够执行在获得的结果中有可观精度水平的所需测量的硬件结构。
本发明的另一目的是提供如所述的设备，其能够借助于同一设备来既可以上下文方式又可以单独地测量一个或多个物理量。
本发明的另一目的是提供如所述的设备，其具有特别简单的结构，易于组装和维护并且具有明显地低成本。为了这些目的，本发明提供了一种用于测量物理量的便携式电子设备，其本质特征构成权利要求1的主题。在所附权利要求中描述了本发明的更多有利特性。
在这里完全引用了上述的权利要求。
附图说明
参考以非限制性示例的方式给出的附图，根据本发明的以下详细描述，本发明的更多特性和优点将变得更加显而易见，在所述附图中：
—图1是根据本发明的第一实施例的用于测量物理量的便携式电子设备的硬件部件的单元的示意图；
—图2是相对于从与图1中所示单元的耦合得到的设备操作而言，常驻于诸如智能电话之类的智能移动电子设备上的软件装置的流程图。
—图3是根据本发明的第二实施例的用于测量超过一个物理量的便携式电子设备的硬件部件的单元的示意图；
—图4是相对于从与图3中所示单元的耦合得到的设备操作而言，常驻于诸如智能电话之类的智能移动电子设备上的软件装置的流程图。
具体实施方式
本发明的第一实施例(图1和2)。
参考图1，根据本发明的第一实施例的用于测量物理量的便携式电子设备的硬件部件的单元的示意图。
便携式电子设备的所述单元包括检测物理量的值或变化并将其转换成模拟电信号的传感器设备。此外，所述设备包括由电子设备组成的另一单元，其实时地获取模拟电信号，将其转换成数字格式并计算工程值。
有利地，所述电子设备是智能移动电子设备，诸如智能电话、平板电脑或类似物。所述移动电子设备全部是现有技术已知的，并且因此在这里不再进行任何更详细的描述。
因此，根据本发明的上述设备包括被以可拆卸方式在操作上连接的两个不同物理单元，其中：
所述物理单元中的第一个是所述智能移动电子设备，其又包括：
—电输入连接端口，其用于扩音器插孔连接器，
—声卡，其被提供为用于从所述连接端口接收输入信号并将其发送到被连接到所述卡的处理单元以处理和借助于相应的发射和/或存储装置作为输出而进行后续发射和/或存储；以及
所述物理单元中的第二个包括所述电气/电子传感器设备、对应于所述第一单元上的所述扩音器连接端口的插口连接器以及用于将由所述至少一个传感器设备生成的所述模拟电信号转换成频率值并将其发射到所述输出插孔连接器的电气/电子装置。
有利地，所述第一物理单元包括硬件装置和软件装置，其：
—在所述连接端口中接收由所述至少一个传感器设备生成的所述模拟电信号，并将其转换成一系列离散值，其在一秒钟内的数目对应于智能移动电子设备的采样频率。
—以二进制数据格式获取并读取所述离散采样值；
—将所述数据存储在缓冲存储器中；
—读取所述缓冲存储器并将所述二进制数据解码成数值数据；
—借助于专用算法来计算采样信号的所述频率的值；
—使用专用软件装置将所述计算的频率值实时转换成用于被测量物理量的相应工程值。
以这种方示，用于被测量物理量的所述工程值被借助于所述智能移动电子设备作为输出而发射。
给定从电气观点出发的相同兼容性，上述传感器可相对于所述设备成一整体或在其外部。
到所述传感器的功率供应优选地借助于公共电池而相对于移动电话设备独立地实现。
所述第二物理单元包括将所述模拟电信号转换成频率值的电子频率转换器装置、用于所述模拟电信号进入所述转换器装置的电子适配器装置以及用于所述模拟电信号离开所述转换器装置的电子适配器装置。
参考图2，其为相对于从与图1中所示单元的耦合得到的设备操作而言，常驻于诸如智能电话之类的智能移动电子设备上的软件装置的流程图。
根据本发明的本实施例，包括在所述智能移动电子设备中的所述软件装置执行以下步骤：
—启动100。
—以二进制格式从音频扩音器端口获取和读取数据101。
—将所获取数据存储在缓冲存储器中102。
—检查所述缓冲存储器是否是满的103。
—检查用于将数据保存在文件上的请求104。
—读取缓冲存储器和并将二进制数据解码成数值数据105。
—借助于专用算法计算与被测量物理量成比例的频率106。
—所获得频率值到用于被测量物理量的相应工程值的转换107。
—将用于被测量物理量的工程值作为输出进行发射108。
—检查读取完成109。
—检查用于将数据保存在文件上的请求110。
—结束111。
有利地，所述软件装置：
—在检查104用于将数据保存在文件上的请求之后，继续进行读取缓冲存储器并累积读取数据以及准备数据在文件上的存储的后续阶段110；否则，其直接地继续进行下一步骤105的执行。
—在检查到在将用于被测量物理量的工程值作为输出的发射的阶段108之后存在用以将数据保存在文件上的请求110之后，继续进行存储累积的已准备数据的后续阶段113；否则，其直接地继续进行下一步骤111的执行。
—在检查到103所述缓冲存储器没有满之后，返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的先前阶段101；否则，其直接地继续进行下一步骤104。
—在检查109到读取未完成之后，继续进行清空存储器缓冲器112的后续阶段，并返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的先前阶段101；否则，其直接地继续进行下一步骤110。
优选地，所述已累积和准备数据被以未压缩音频格式存储，特别地具有文件扩展.wav。然而，仍应理解的是其它文件扩展(假定其是兼容的)落在本发明的范围内。
所述缓冲器的尺寸确定根据传感器的规格以及物理量的变化速度而会变化。
仅仅为了更大的明了性起见，下面给出了根据本发明的本实施例的设备操作的示例：
目的：参考环境的温度测量。
技术规格
—用于传感器和相关电路的电源：2AAA3V电池。
—传感器：线性响应传感器；传感器工作电压：3V。
过程和仪器使用：
所使用的线性响应温度传感器的操作特性：具有3V电源的传感器类型MCP9700；
宽温度测量范围：
—-40℃至+125℃
准确度：
—±4℃(max.),0℃至+70℃(MCP9700)
宽工作电压范围：
—VDD＝2.3V至5.5VMCP9700/9700A
—使用在数据表上给定的传感器特性，定义了用于调节***的硬件和软件的公式
—使用传感器数据，线性对应关系的定义电压＝>温度：
—线性对应关系的定义VOLTAGE＝>FREQUENCY
使用在数据表上给定的信息，可以定义硬件操作间隔。
考虑测量温度的间隔和传感器的精度，起始点在-40℃下被设定在250Hz的频率，并且每度具有15Hz的步幅增加，我们针对125℃达到2725Hz。
最小值的定义：100mV＝□250Hz
最大值的定义：1750mV＝□2725Hz.W
参考数据表和上述考虑因素，创建以下表格：
温度℃ VOUT 频率
最小值 TA＝-40℃ 100mV 250Hz
TA＝0℃ 500mV 850Hz
最大值 TA＝125℃ 1750mV 2725Hz
传感器的Vout应适合于到频率转换器的输入。
—对应关系的定义频率＝>温度。基于上表中的指令，可以定义以下频率/温度线性等式：
使用此信息，软件可以将频率转换成温度值。将用以参考表的形式这样定义的数据并通过线性插值对软件进行初始化。
最后，***适合于测量环境温度。
硬件的第一调节块优化传感器的动态输出。
硬件的第二调节块修改频率转换器的输出信号。
所获得的信号完全符合扩音器输入特性。
智能移动电子设备将能够读取所获得的信号并将其转换成数字信息。
专用软件读取数据并以摄氏度为单位示出温度值。
本发明的第二实施例(图3和4)。
参考图3，其为根据本发明的第二实施例的用于测量物理量的便携式电子设备的硬件部件的单元的示意图。
如从上述图显而易见的，本实施例具有可以部分地与先前参考前一实施例所述的硬件部件相比较的硬件部件，因此在这里将不会再次地描述共同部分。
本实施例基本上由于这样的事实而不同于前一实施例，即所述第二物理单元包括多个电气/电子传感器设备和复用器设备，其使得能够根据预定指令来读取由每个传感器设备发射的模拟电信号。
所述复用器设备执行每个电气/电子传感器设备的重复连续扫描。
在变体中，所述复用器设备使得能够基于音频脉冲信号来读取所述多个电气/电子传感器设备中的所选的一个，所述音频脉冲信号被所述第一单元上的所述电气输入连接端口接收到，并且其在各传感器设备与所述频率转换器装置之间的连接接口的选择中引导所述复用器设备。
参考图4，其为相对于从与图3中所示单元的耦合得到的设备操作而言，常驻于诸如智能电话之类的智能移动电子设备上的软件装置的流程图。
根据本发明的本实施例，包括在所述智能移动电子设备中的所述软件装置执行以下步骤：
—启动200。
—将预定义音频信号发送到所述复用器设备以便选择要测量的信号201。
—以二进制格式从音频扩音器端口进行数据的获取和读取202。
—将所获取数据存储在缓冲存储器中203。
—检查所述缓冲存储器是否是满的204。
—读取缓冲存储器和并将二进制数据解码成数值数据205。
—借助于专用算法计算与被测量物理量成比例的频率206。
—所获得频率值到用于被测量物理量的相应工程值的转换207。
—检查用于将数据保存在文件上的请求208。
—将用于被测量物理量的工程值作为输出进行发射209。
—检查读取完成210。
—结束211。
有利地且以与上文所述类似的方式，所述软件意指：
—在检查到204所述缓冲存储器没有满之后，返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的先前阶段202；否则，其直接地继续进行下一步骤205。
—在检查210到读取未完成之后，继续进行清空存储器缓冲器213的后续阶段，并返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的先前阶段202；否则，其直接地继续进行下一步骤211。
另外，所述软件意图在检查到所获得的频率值到用于被测量物理量的工程值的转换207，存在用以将数据保存在文件上的请求208之后，继续进行以工程格式存储数据的后续阶段212；否则其直接地继续进行下一步骤209的执行。
如从以上考虑因素显而易见的，根据本发明的用于测量物理量的所述便携式电子设备的特征在于完全模拟硬件结构，其中处理被完全传递至智能移动单元且因此特别简单和经济。
已相当可观的测量精度水平一定会随着智能移动设备中的技术进步而增加，因为软件将自动地受益于所述特性，而不必经历后续修改。
此外，如描述的所述设备能够借助于该设备来以上下文方式或单独地测量一个或多个物理量。
如描述的所述设备还具有特别简单的结构，易于组装和维护以及具有明显的低成本。从以上描述显而易见的是本发明使得能够简单地且有利地实现在介绍中描述的目的。

Claims (11)

1.一种用于测量物理量的便携式电子设备，包括测量物理量的值或变化并将其转换成模拟电信号的至少一个传感器设备，和实时地获取模拟电信号、将模拟电信号转换成数字格式并计算工程值的电子设备，包括被以可拆卸方式在操作上连接的两个不同物理单元，其中：
所述物理单元中的第一个是智能移动电子设备，包括：
—电输入连接端口，用于扩音器插孔连接器，
—声卡，被提供为用于从所述连接端口接收输入信号并将输入信号发送到被连接到所述卡的处理单元以处理和借助于相应的发射和/或存储装置作为输出而进行后续发射和/或存储；
其特征在于
所述物理单元中的第二个包括所述至少一个电气/电子传感器设备、对应于所述第一单元上的所述扩音器连接端口的插孔连接器，以及
a)电子适配器装置，用于将来自传感器或换能器的信号变换成比例连续电压，无论由传感器或换能器提供的本地电量如何；
b)电子转换器装置，用于将连续电压变换成比例频率的信号；
c)电子适配器装置，用于再现来自与扩音器输入端兼容的电子转换器装置的输出，并将该输出发射到所述输出插孔连接器；
并且在于
所述第一物理单元包括硬件装置和软件装置，用于：
—在所述连接端口中接收由所述至少一个传感器设备生成的所述模拟电信号，并将所述模拟电信号转换成一系列离散值，在一秒钟内所述离散值的数目对应于智能移动电子设备的采样频率；
—以二进制数据格式获取并读取所述离散采样值；
—将所述数据存储在缓冲存储器中；
—读取所述缓冲存储器并将所述二进制数据解码成数值数据；
—借助于专用算法来计算采样信号的所述频率的值；
—使用专用软件装置将所述计算频率值实时地转换成用于被测量物理量的相应工程值，
使得用于被测量物理量的所述工程值被借助于所述智能移动电子设备作为输出而发射。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述第二物理单元包括多个电气/电子传感器设备和复用器设备，使得能够读取根据预定指令来读取由每个传感器设备发射的模拟电信号。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述复用器设备执行每个电气/电子传感器设备的重复连续扫描。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述复用器设备使得能够基于音频脉冲信号来读取所述多个电气/电子传感器设备中的所选的一个，所述音频脉冲信号被所述第一单元上的所述电气输入连接端口接收并在各传感器设备和所述频率转换器装置之间的连接接口的选择中引导所述复用器设备。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于包括在所述智能移动电子设备中的所述软件装置执行以下步骤：
—启动(100)；
—以二进制格式从音频扩音器端口获取和读取数据(101)；
—将所获取数据存储在缓冲存储器中(102)；
—检查所述缓冲存储器是否是满的(103)；
—检查用于将数据保存在文件上的请求(104)；
—读取缓冲存储器并将二进制数据解码成数值数据(105)；
—借助于专用算法计算与被测量物理量成比例的频率(106)；
—将所获得频率值转换到用于被测量物理量的相应工程值(107)；
—将用于被测量物理量的工程值作为输出进行发射(108)；
—检查读取完成(109)；
—检查用于将数据保存在文件上的请求(110)；
—结束(111)。
6.根据权利要求2和4所述的设备，其特征在于包括在所述智能移动电子设备中的所述软件装置执行以下步骤：
—启动(200)；
—将预定义音频信号发送到所述复用器设备以便选择要测量的信号(201)；
—以二进制格式从音频扩音器端口获取和读取数据(202)；
—将所获取数据存储在缓冲存储器中(203)；
—检查所述缓冲存储器是否是满的(204)；
—读取缓冲存储器并将二进制数据解码成数值数据(205)；
—借助于专用算法计算与被测量物理量成比例的频率(206)；
—将所获得频率值转换到用于被测量物理量的相应工程值(207)；
—检查用于将数据保存在文件上的请求(208)；
—将用于被测量物理量的工程值作为输出进行发射(209)；
—检查读取完成(210)；
—结束(211)。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述软件装置在检查(104)用于将数据保存在文件上的请求之后，继续进行读取缓冲存储器并累积读取数据以及准备数据在文件上的存储的后续阶段(110)。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述软件装置在检查到将在用于被测量物理量的工程值作为输出进行发射的阶段(108)之后存在用以将数据保存在文件上的请求(110)之后，继续进行存储累积的已准备数据的后续阶段(113)。
9.根据权利要求5或6中的任一项所述的设备，其特征在于所述软件装置在检查到(103；204)所述缓冲存储器不满之后返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的前一阶段(101；202)。
10.根据权利要求5或6中的任一项所述的设备，其特征在于所述软件装置在检查到(109；210)读取未完成之后，继续进行清空存储器缓冲器(112；213)的后续阶段，并返回到以二进制格式从音频扩音器端口进行数据获取和读取的前一阶段(101；202)。
11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于所述软件装置在检查到在将所获得的频率值转换到用于被测量物理量的工程值(207)之后存在用以将数据保存在文件上的请求(208)之后，继续进行以工程格式来存储数据的后续阶段(212)。
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