измерительный модуль для мобильных измерительных устройств и портативный измерительный комплекс на его основе.

область техники

изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, и может быть использовано в качестве мобильных в том числе ручных измерительных устройств широкого назначения.

предшествующий уровень техники

большинство известных мобильных измерительных приборов представляют собой комбинацию одного или нескольких измери- тельных модулей и блока индикации и управления, который содержит дисплей, клавиатуру, память для сохранения результатов, интерфейс к компьютеру. такой принцип построения приборов при относительно малых объемах их выпуска в сравнении с устройствами потребительской электроники накладывает ограничения на соотношение стоимости и функциональности. в недорогих измерительных приборах разработчики вынуждены использовать простой черно-белый дисплей, минимум кнопок управления и минимум дополнительных функций. с другой стороны приборы, оснащенные графическими дисплеями, большим объемом энергонезависимой памяти, дополнительными функциями анализа данных, их графического представления и т.д. имеют достаточно высокую стоимость.

в то же время такие массовые и недорогие устройства как мобильный телефон с поддержкой запуска пользовательских приложений и карманный персональный компьютер (далее кпк), из-

вестный также как наладонный компьютер, PDA или PaIm соmрutеr имеют графический дисплей с высоким разрешением, удобную клавиатуру и память большого объема, интерфейсы вluеtооth и Wi-Fi. кпк и коммуникаторы на базе операционных систем PaImOS и Wiпdоws, кроме того, имеют достаточно мощный процессор, что позволяет, в том числе выполнять анализ данных с плавающей точкой, и во многих случаях сенсорный экран.

в известных аналогах, в частности, заявке на патент JP2002- 191678 предлагается встраивать в мобильные телефоны датчики для сбора информации о состоянии окружающей среды, а патент TW091137218 — детектор радиации. известен патент US7031767B2, в котором предлагается оснастить мобильный телефон датчиком ожирения, а в заявке на патент использовать мобильный телефон для контроля температуры тела, пульса и давления пациента. одна- ко во всех этих решениях требуется либо сложная переделка телефона, либо предлагается создать новую модель со встроенной измерительной функцией, что при ограниченном спросе на подобные устройства сделает их дорогими. кроме того предложенные решения позволяют измерять лишь определенный, заложенный при раз- работке набор физических величин. кроме того, тот факт, что датчики встроены в телефон, не позволяют проводить измерения при высоких температурах и других жестких условиях.

известен патент республики тайвань TW92125455 (ближайший аналог), где предлагается использовать кпк для отображения теплотехнических величин с измерительных преобразователей, установленных на трубопроводе. однако предложенное в нем реше-

ние ограничивается использованием в полевых измерительных системах. недостатками известных устройств являются сравнительно низкое количества выполняемых функций и обусловленная этим невозможность придания универсальности их использования. решаемая задача и достигаемый технический результат

задачей предлагаемого изобретения является совершенствование мобильных измерительных устройств для создания их модификаций, сочетающих универсальность применения, функциональность и в то же время невысокую стоимость. поставленная задача решается тем, что конструкция предложенных измерительных модулей, служащих для измерения физических величин выполнена таким образом, который позволяет для отображения, сохранения, обработки данных, получаемых с этих модулей, передачи этих данных по сетям связи другим пользователям, ввода информации и ка- либровки этих модулей, использовать стандартное мобильное оконечное устройство пользователя, в частности, кпк (карманный компьютер, известный также как наладонный компьютер, кпк, PDA или PaIm соmрutеr), коммуникатор, смартфон, мобильный телефон с установленным программным обеспечением. измеритель- ные модули соединяются с кпк или телефоном посредством проводного и/или беспроводного интерфейса, образуя портативный измерительный комплекс на их основе. вид интерфейса выбирается исходя из его наличия в мобильном оконечном устройстве пользователя, для работы с которым планируется использовать модуль. в результате решения поставленной задачи достигается технический результат, который заключается в увеличении количества

функций и повышении универсальности использования заявленных измерительного модуля и портативного измерительного комплекса на его основе при относительном снижении их стоимости. кроме того, при этом достигается, как правило, уменьшение габаритов. детальное описание и примеры осуществления изобретения

при изложении сведений, подтверждающих возможность осуществления изобретения и достижение технического результата целесообразно более детально описать предложенное устройство и модификации его выполнения. при описании изделия нецелесооб- разно детально останавливаться на известных из опубликованных данных его параметрах и составных элементов, конструктивных его особенностях, в частности, на известных конструкциях измерительных модулей для мобильных измерительных устройств и портативных измерительных комплексов на их основе. детально целесообразно остановиться только на отличительных существенных особенностях предложенного изделия, которые, в частности, схематически изображены и обозначены следующими позициями на фиг.l, 2 и 3.

перечень чертежей фиг.l функциональная схема предпочитаемого варианта измерительного модуля, соответствующего данному изобретению.

фиг.2 функциональная схема портативного измерительного комплекса, соответствующего данному изобретению.

фиг.з портативный измерительный комплекс, соответствую- щий данному изобретению, использующий в своем составе кпк. на рисунках приняты следующие обозначения:

1 — измерительный модуль, соответствующий данному изобретению;

2 - датчики;

3 - согласующие цепи; 4 — аналого-цифровой преобразователь;

5 - микроконтроллер;

6 — перепрограммируемое запоминающее устройство;

7 - интерфейсный контроллер;

8 - мобильное оконечное устройство пользователя; 9 - интерфейс связывающий модуль и оконечное устройство;

10 - измерительный модуль с проводным интерфейсом;

11 - измерительный модуль с беспроводным интерфейсом. как видно из описания, формулы изобретения и приведенных чертежей, существенные конструктивные особенности изделия, предопределяющие достижение технического результата, заключаются, в частности, в том, что в предложенном устройстве измерительный модуль, составлен из rii измерительных датчиков, где 1< ni ≤l 10, которые выбраны n ₂ их функциональных разновидностей в пределах 1< n ₂ ≤l 10. при этом датчики соединены через согласую- щие цепи с n ₃ аналого-цифровых преобразователей (ацп), в количестве 1< n ₃ ≤l 10. ацп далее соединены с микроконтроллерами, к которым подключены перепрограммируемые запоминающие устройства (ппзу) и контролерами интерфейса, конструктивное выполнение которых предопределено подключением модулей к кпк, коммуникаторам, смартфонам, мобильным телефонам.

модификациями или функциональными разновидностями предложенного измерительного модуля могут быть модули, в которых хотя бы один измерительный датчик выполнен в виде измерителя температуры и/или измерителя давления, и/или измерителя влажности, и/или измерителя скорости потока газа, и/или измерителя уровня шума, и/или измерителя уровня вибрации, и/или измерителя уровня кислотности, и/или измерителя уровня освещенности, и/или измерителя уровня радиации, и/или измерителя концентрации газов, и/или измерителя силы тока, и/или измерителя напряжения, и/или измерителя напряженности магнитного поля, и/или измерителя напряженности электрического поля. кроме того в измерительный модуль может быть включен автономный источник питания и/или включено запоминающее устройство для сохранения данных измерений при автономной работе модуля, конструктивное выпол- нение которого предопределено минимальной емкостью k*T/t, где к - количество байт, необходимых для записи результата одного измерения, T - максимальное время автономной работы, t - минимальный период между измерениями.

следует отметить, что выбранные значения параметров в за- явленных пределах распространяются только на действительные числа, исключая иррациональные, трансцендентные, комплексные, отрицательные и другие технически некорректные или практически не воспроизводимые значения взаимосвязанных параметров. заявленное сочетание значений и их диапазонов параметров, характери- зующих испрошенные притязания, определено реализацией основных функциональных возможностей измерительного модуля и ог-

раничено условиями достижения указанного технического результата. таким образом следует отметить, что для практической реализации выбирают из множеств значений параметров, удовлетворяющих испрошенные притязания, только реально применимые, ис- ключая, например, отрицательные, комплексные или трансцендентные числа, и все другие практически невоспроизводимые или абсурдные для реального использования области значений заявленных параметров, которые естественно исключаются из правовой охраны. достигаемый технический результат обеспечивают также с помощью портативного измерительного комплекса, составленного из n ₄ измерительных модулей, выбранных в количестве 1< n ₄ ≤1200, и мобильного оконечного устройства пользователя, выполненного в виде, в частности, кпк, коммуникатора, смартфона, мобильного телефона, взаимосвязанных с модулями через проводной и/или беспроводной интерфейс. при этом измерительные модули комплекса могут быть взаимосвязаны с оконечными устройствами через проводной интерфейс, выполненный по технологии SDIO и/или по технологии MMC, и/или по технологии CF-IO, и/или по технологии USB, и/или по технологии RS-232C, и/или через беспроводной интерфейс, выполненный по технологии вluеtооth, и/или через беспроводной интерфейс, выполненный по технологии Wi-Fi. измерительные модули в комплексе могут быть съемно закреплены на названном оконечном устройстве посредством разъема, выполненного в виде ответной части интерфейсного разъема оконечного устройства.

выбранными конструктивными особенностями предложенного устройства сформировано заявленное техническое решение, охватывающее необходимые модификации и разновидности измерительных модулей для мобильных устройств и портативных измери- тельных комплексов на их основе, обеспечивающих достижение указанного технического результата. указанные диапазоны соотношений выбранных параметров предопределены достаточно широкими практическими потребностями в разновидностях предложенного устройства с различными конструктивными особенностя- ми их выполнения. таким образом все предельные значения аналитических соотношений, взаимосвязывающих существенные конструктивные параметры, экспериментально и аналитически подобраны также так, чтобы охватывать необходимые возможности выбора конфигураций заявленного изделия в широком диапазоне его ис- пользования. при этом указанный технический результат достигается при любых произвольно взятых значениях взаимосвязанных параметров, если они выбраны в заявленных пределах.

измерительные модули в общем случае содержат датчики и аналоговые входные цепи, преобразующие в процессе их функцио- нирования физические величины в электрические сигналы, аналого- цифровой преобразователь (ацп), микроконтроллер, ппзу сохраняющее данные необходимые для корректной работы модуля, в частности данные калибровки датчиков и интерфейсный контроллер, реализующий обмен данными между модулем и кпк или телефо- ном. для работы с несколькими классами оконечных устройств в состав модуля в общем случае может быть включено несколько ин-

терфейсных контроллеров, каждый из которых обслуживает свой вариант интерфейса.

функциональные блоки, входящие в состав измерительных модулей могут быть выполнены как на отдельных микросхемах, так несколько блоков могут быть объединены в одной микросхеме, что не меняет суть изобретения.

в одном варианте изобретения датчики и необходимые для их работы электрические цепи могут быть вынесены в отдельный корпус, соединенный кабелем с остальной схемой модуля. в этом слу- чае возможно дальнейшее усовершенствование изобретения, когда ппзу с калибровочными данными также расположено в этом корпусе. в этом случае датчики можно заменять один на другой без дополнительной калибровки.

питание измерительных модулей может быть как автоном- ным, так и от аккумулятора кпк или телефона. при использовании автономного питания возможно дальнейшее улучшение изобретения, когда один или несколько измерительных модулей могут продолжительное время работать автономно в качестве регистраторов, сохраняя в своей памяти измерения по заданной программе. при подключении кпк или телефона происходит считывание накопленных в модуле данных и/или перепрограммирование модуля.

достоинства предлагаемого устройства хорошо видны из вышеуказанных иллюстраций, где фиг.l представляет функциональную схему одного наиболее предпочтительного варианта исполне- ния измерительного модуля. измерительный модуль 1 содержит датчики 2, согласующие аналоговые цепи 3, ацп 4 и микрокон-

троллер 5. также модуль может при необходимости содержать перепрограммируемое запоминающее устройство ппзу 6, в котором записаны характеристики модуля и калибровочные данные датчиков. возможен вариант исполнения модуля, когда модуль содержит несколько сменных датчиков. в этом случае в модуль включается дополнительно несколько ппзу небольшого объема, выбранных по количеству таких датчиков, содержащих калибровочные данные датчиков, конструктивно объединенных с соответствующи- ми датчиками. при этом датчики можно заменять один на другой без дополнительной калибровки. также модуль содержит интерфейсный контроллер 7 для организации взаимосвязи с мобильным оконечным устройством пользователя 8. функциональные блоки, входящие в состав измерительных модулей могут быть выполнены как на отдельных микросхемах, так несколько блоков могут быть объединены в одной микросхеме, что не меняет суть изобретения. так, например, ацп 6, ппзу 8 и микроконтроллер 7 могут быть реализованы с помощью микроконвертора семейства ADuC фирмы апаlоg Dеviсеs или аналогичной микросхемы. или, например, при использовании интерфейса CF I/о микроконтроллер может выполнять, в том числе и функцию контроллера проводного интерфейса.

фиг.2 показывает функциональную схему портативного измерительного комплекса, построенного на базе описанных измерительных модулей 1 и мобильного оконечного устройства пользова- теля 8, в качестве которого используется кпк, коммуникатор, смартфон, мобильный телефон с установленной программой, по-

средством проводного или беспроводного интерфейса 9. вид интерфейса выбирается исходя из его наличия в мобильном оконечном устройстве пользователя, для работы с которым планируется использовать модуль. в качестве проводного интерфейса как пра- вило используется SDIO, CF-IO, USB, RS-232C, а в качестве беспроводного - вluеtооth или Wi-Fi (WLAN). для работы с несколькими классами оконечных устройств в состав модуля в общем случае может быть включено несколько интерфейсных контроллеров, каждый из которых обслуживает свой вариант интерфейса. на фиг.2 показана конфигурация, использующая один измерительный модуль, соединенный с кпк или телефоном, хотя в общем случае, таких блоков может быть несколько.

на фиг.з показан один из вариантов практического исполнения измерительного комплекса, использующий кпк 8, измеритель- ный модуль 10, подключенный к кпк через проводной интерфейс SDIO, MMC или CF-IO, беспроводной измерительный модуль 11, подключенный к кпк через вluеtооth, Wi-Fi, или другой беспроводной интерфейс, реализованный в кпк. в этом варианте датчики 2 с частью электрической схемы выполнены в отдельных корпусах и соединены кабелями с основной частью модуля 1, закрепленной непосредственно в интерфейсном разъеме кпк.

промышленная применимость и достижение технического результата. достигаемый технический результат, как показали данные экспериментов, может быть реализован только взаимосвязанной совокупностью всех существенных признаков заявленного устройст-

ва, отраженных в формуле изобретения, при любых значениях параметров, охватываемых испрошенными притязаниями. заявленные существенные отличительные признаки, нижние и верхние значения их пределов были получены на основе статистической обработ- ки результатов экспериментальных исследований, анализа и обобщения их и известных из опубликованных источников данных, взаимосвязанных условиями достижения указанного в заявке технического результата, а также с использованием творческой интуиции. соответствие критерию промышленная применимость заявленного объекта доказывается как широким изготовлением и использованием различных подобных устройств в промышленных масштабах, так и отсутствием в заявленных притязаниях каких- либо практически трудно реализуемых признаков. кроме указанного выше технического результата практическое осуществление заявленного объекта позволяет существенно расширить возможности его использования для изготовления, в частности, новых видов измерительных модулей для мобильных устройств и портативных измерительных комплексов на их основе с применением средств декоративно-художественной и технической эстетики.