一种通过采集处理数据实现自动评判实验数据的装置的制作方法

本实用新型属于实验教学技术领域，涉及一种通过采集处理数据实现自动评判实验数据的装置。

背景技术：

电子技术实验教学涉及到的工作原理多、电路种类多、实验设备多、实验数据多，同时，由于实验器件参数的离散性、学生所使用仪器设备的差异性等，导致学生所记录的实验数据一致性较差，为了检查批改学生所记录的实验数据，教师需要花费大量的时间和精力。

围绕电子技术实验教学存在的上述问题，实验仪器设备厂商的设计者以及相关教师都试图通过各种技术手段来实现自动评判学生所记录的实验数据，但是，目前所检索到的关于上述问题的专利和文献资料表明，现有装置均未能很好地解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决电子技术实验教学过程中长期存在的教师需要花费大量时间和精力批改学生实验数据的问题，本实用新型设计了一种能够对来自实验板的数据进行自动采集、校准、变换等处理，将处理后的标准数据与学生所记录的实验数据进行比较并判断对错，实现自动评判学生所记录实验数据是否正确的装置。

本实用新型的技术方案：

一种通过采集处理数据实现自动评判实验数据的装置，包括多路直流电压测量模块、多路交流有效值测量模块、多路信号频率测量模块、零点校准和线性校准模块、esd防护模块、供电模块和数据传输模块；

所述的多路直流电压测量模块，主要由多通道信号输入接口、衰减钳位电路、多路模拟开关m1、ad变换电路和微控制器构成；多通道信号输入接口与衰减钳位电路、多路模拟开关m1和ad变换电路依次连接；微控制器分别与多路模拟开关m1、ad变换电路连接；待测信号经多通道信号输入接口输入，经衰减钳位电路处理后，传输给多路模拟开关m1；微控制器控制多路模拟开关m1选中指定通道的待处理信号，被选中通道的待处理信号输出给ad变换电路；微控制器控制ad变换电路将待处理信号变换成直流电压值，完成对应通道的直流电压测量；

多路交流有效值测量模块，主要由多通道信号输入接口、衰减钳位电路、多路模拟开关m2、交流有效值变换电路、多路模拟开关m1、ad变换电路和微控制器构成；多通道信号输入接口与衰减钳位电路连接，衰减钳位电路分别与多路模拟开关m2、多路模拟开关m1连接；多路模拟开关m2、交流有效值变换电路和多路模拟开关m1依次连接；多路模拟开关m1与ad变换电路连接；微控制器分别与多路模拟开关m2、多路模拟开关m1、ad变换电路连接；待测信号经多通道信号输入接口输入，经衰减钳位电路处理后，输出给多路模拟开关m2；微控制器控制多路模拟开关m2选中指定通道信号，送至交流有效值变换电路，处理成交流有效值输出给多路模拟开关m1；微控制器控制多路模拟开关m1选中对应通道信号有效值输出给ad变换电路；微控制器控制ad变换电路将交流有效值变换成直流电压值，完成对应通道的交流有效值测量；

多路信号频率测量模块，主要由多通道信号输入接口、衰减钳位电路、多路模拟开关m2、比较整形电路和微控制器构成；多通道信号输入接口、衰减钳位电路、多路模拟开关m2、比较整形电路和微控制器依次连接；微控制器与多路模拟开关m2连接；待测信号经多通道信号输入接口输入，经过衰减钳位电路处理后，输出给多路模拟开关m2；微控制器控制多路模拟开关m2选中指定通道信号输出给比较整形电路，比较整形电路将待处理信号处理成矩形波送至微控制器；微控制器结合其内部定时器完成对应通道交流信号的频率测量；

零点校准和线性校准模块，主要由零点/线性校准电压产生电路、多路模拟开关m2、多路模拟开关m1、ad变换电路和微控制器构成；零点/线性校准电压产生电路、多路模拟开关m2、多路模拟开关m1和ad变换电路依次连接；微控制器分别与多路模拟开关m2、多路模拟开关m1、ad变换电路连接；零点/线性校准电压产生电路用于产生零点校准电压(gnd)和线性校准电压(vref)；零点校准是指微控制器控制多路模拟开关m1和多路模拟开关m2对零点(gnd)电压进行数据采集并保存；线性校准是指微控制器控制多路模拟开关m1和多路模拟开关m2对线性校准电压(vref)进行数据采集并处理，与待校准实测电压进行计算得到线性校准系数并保存；微控制器将已经保存好的零点采样值和线性校准系数分别用于处理各通道采样数据的零点校准和线性校准。

esd防护模块，主要由多通道信号输入防护电路和usb接口防护电路构成；多通道信号输入防护是多通道信号输入接口与多通道信号输入防护电路连接，经多通道信号输入接口输入的待测信号先经多通道输入防护电路处理后才能进入本装置；usb接口防护是usb接口与usb防护电路连接，经usb接口输入的外电源先经usb防护电路处理后才能进入本装置；流经usb接口的双向通信数据也先经usb防护电路处理后才能与本装置中的微控制器完成双向通信。

供电模块，主要由usb接口、esd防护电路、隔离电源电路和线性稳压电路构成；usb接口、esd防护电路、隔离电源电路与线性稳压电路依次连接；外部电源通过usb接口输入本装置，先经esd防护电路处理后依次送给隔离电源电路和线性稳压电路，线性稳压电路将经隔离电源电路隔离处理后的隔离电源变换成4路电压源分别给内部电路供电；

数据传输模块，主要由usb接口、esd防护电路、数字隔离电路和微控制器构成；usb接口、esd防护电路、数字隔离电路与微控制器依次双向互连；通信数据在usb接口、esd防护电路、数字隔离电路和微控制器之间双向传送。

本实用新型的有益效果：本实用新型的装置填补了能够实现自动评判数据的教学仪器空白。本装置的应用保证了实验考核的公平公正性，解决了实验教学中长期存在的部分学生编造实验数据、抄袭实验结果以及教师需要花费大量的时间和精力批改实验数据的问题，提高了评判的准确率和效率，改善了教学效果。

附图说明

图1是系统连接图。

图2是多路直流电压测量模块。

图3是多路交流有效值测量模块。

图4是多路信号频率测量模块。

图5是零点校准和线性校准模块。

图6是esd防护模块。

图7是供电模块。

图8是数据传输模块。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式。

一种通过采集处理数据实现自动评判实验数据的装置，包括多路直流电压测量模块、多路交流有效值测量模块、多路信号频率测量模块、零点校准和线性校准模块、esd防护模块、供电模块和数据传输模块；

系统连接图(见图1)，本装置能够实现对来自实验板的多通道待测信号进行采集、校准、变换等处理；通过usb通信接口将处理后的标准数据传送给评测系统；评测系统将接收到的标准数据与学生所记录的实验数据进行比较并判定对错，实现对学生所记录实验数据自动评测并给出判定结果。

多路直流电压测量模块(见图2)，来自实验板的待测信号经多通道信号输入接口输入本装置，经衰减钳位电路处理后，输出给多路模拟开关m1；微控制器控制多路模拟开关m1选中指定通道的待处理信号；被选中通道的待处理信号输出给ad变换电路；微控制器控制ad变换电路将待处理信号变换成直流电压值输出，完成对应通道直流信号的电压测量。

多路交流有效值测量模块(见图3)，来自实验板的待测信号经多通道信号输入接口输入本装置，经衰减钳位电路处理后，输出给多路模拟开关m2；微控制器控制多路模拟开关m2选中指定通道的待处理信号，送至交流有效值变换电路，处理成交流有效值输出给多路模拟开关m1；微控制器控制多路模拟开关m1选中对应通道信号有效值输出给ad变换电路；微控制器控制ad变换电路将交流有效值变换成直流电压值输出，完成对应通道交流有效值测量。

多路信号频率测量模块(见图4)，来自实验板的待测信号经多通道信号输入接口输入本装置，经过衰减钳位电路处理后，输出给多路模拟开关m2；微控制器控制多路模拟开关m2选中指定通道信号输出给比较整形电路，比较整形电路将待处理信号处理成矩形波送至微控制器；微控制器结合其内部定时器完成交流信号的频率测量。

零点校准和线性校准模块(见图5)，本装置设计有专用电路用于产生零点校准电压(gnd)和线性校准电压(vref)。零点校准是指微控制器控制多路模拟开关m1和m2对零点(gnd)电压进行数据采集并保存；线性校准是指微控制器控制多路模拟开关m1和m2对线性校准电压(vref)进行数据采集并处理，与待校准实测电压进行计算得到线性校准系数并保存。微控制器将已经保存好的零点采样值和线性校准系数分别用于处理各通道采样数据的零点校准和线性校准。

esd防护模块(见图6)，为满足热插拔应用场景，保证本装置各接口热插拔的安全性，本装置两个接口(多通道信号输入接口和usb接口)均设有esd防护电路，以保护脆弱的cmos电路输入级。多通道待测信号经多通道信号输入接口输入本装置，经多通道信号输入防护处理后(图6左侧电路)，输出给后续电路处理。外接电源和数据通信共用usb接口，通过并联tvs管和钳位电路(图6右侧电路)保证了usb接口热插拔的安全性。

供电模块(见图7)，本装置采用usb接口通过专用连接线连接到主机上的评测系统。供电由usb接口实现，线性稳压电路将来自usb接口的外电源经esd防护、隔离处理后，产生两个隔离的5v电压源(数字电源dvcc和模拟电源avcc)和一对±2.5v双电压源(vdd和vee)分别给本装置的内部电路供电。

数据传输模块(见图8)，本装置采用usb接口通过专用连接线连接到主机上的评测系统。数据通信由usb接口实现，进出usb接口的数据经esd防护和数字隔离处理后，在微控制器的控制下完成双向通信。

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