一种双模式无线连接的便携检测设备

1.本发明涉及电化学检测设备领域，具体涉及一种双模式无线连接的便携检测设备。


背景技术：

2.伴随纳米材料、传感器制备工艺和电子技术快速发展，使基于电化学分析的传感器和检测设备逐渐小型化，在医疗健康、环境监测、食品分析等领域，极大推动了即时检测场景实现。在现场检测端，便携式和小体积的电化学分析设备成为重要平台。
3.目前，为满足不同领域对现场检测的需求，基于电化学分析技术的便携式检测设备被大量开发。michael dm dryden等人设计了一种专门为实验室设计的开源恒电位仪，该恒电位仪设计有循环伏安法、方波伏安法等分析技术，特别提供了皮安级电流的测量能力，通过usb连接在笔记本运行的专用软件来进行操作。在alar ainla等人的工作中描述了一种开源的通用无线电化学检测器，其可由充电电池供电，通过低功耗蓝牙与智能手机建立连接，在智能手机端可以控制设备、可视化测量结果，借助智能手机完成数据向云端发送功能。
4.以上两种电化学分析平台使用的数据交互方式相对有限，通用串行总线和蓝牙方式，只能实现与数据呈现平台之间短距离连接，在更广阔的范围下，设备没有独立进行数据交互的能力。同时，需要智能手机或电脑的参与，设备才能操作和进行数据远程访问，因此，对具有一定独立性现场检测带来了不必要的麻烦。在设计中，通过微控制器与外部的数/模转换芯片交互方式实现对电极波形的控制，增加了制作成本和器件摆放需要空间，且多数便携的电化学设备仅有一个电极接口，在进行大量目标物分析时，需要频繁更换电极或者不能满足使用多个电极阵列进行对目标物分析需求。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中存在的问题，构思了一种双模式无线连接的便携检测设备，运用循环伏安法和差分脉冲伏安法的分析技术，解决了现有电化学检测平台不能独立作为无线检测网络感知节点，不能进行现场分析和不能驱动电极阵列的缺陷。
6.实现本发明采用的技术方案是：一种双模式无线连接的便携检测设备，其特征是，它包括：中央处理器1、人机交互模块2、无线通信模块3、恒电位仪模块4、电源管理模块5、全球定位导航系统6，在所述的中央处理器1内设置模/数转换器11和数/模转换器12，所述的模/数转换器11与恒电位仪模块4电连接，所述的数/模转换器12与恒电位仪模块4电连接，所述的人机交互模块2通过输入信号连接中央处理器1，所述的无线通信模块3包括：低功耗蓝牙模块31和窄带物联网模块32，所述的中央处理器1使用信号连接低功耗蓝牙模块31，所述的窄带物联网模块32使用信号连接中央处理器1，所述的电源管理模块5分别与中央处理器1、人机交互模块2、无线通信模块3、恒电位仪模块4和全球定位导航系统6电连接，所述的中央处理器1使用信号连接全球定位导航系统6。
7.进一步，在所述人机交互模块2内设置按键输入模块21、显示面板22、指示灯23，所述的按键输入模块21与显示面板22电连接，所述的指示灯23与显示面板22电连接。
8.进一步，所述的恒电位仪模块4包括：有源滤波单元41、三电极恒电位仪42和多通道选择器43，所述的中央处理器1的模/数转换器11与三电极恒电位仪42电连接，三电极恒电位仪42通过跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，所述的有源滤波单元41与三电极恒电位仪42电连接，所述有源滤波单元41产生不同的激励电势，所述的三电极恒电位仪42与多通道选择器43电连接。
9.进一步，所述的多通道选择器43使用四个通道分别与四个丝网印刷电极插槽电连接。
10.进一步，所述的电源管理模块5包括：锂电池51、电压基准52，所述的锂电池51与中央处理器1电连接，所述的电压基准52分别于与模/数转换器11和数/模转换器12电连接。
11.本发明一种双模式无线连接的便携检测设备的有益效果体现在：
12.1、一种双模式无线连接的便携检测设备，合理组合了蓝牙和窄带物联网功能，具备丰富的无线连接方式，实现了在短距离下与手机、电脑的数据交互和宽范围下的云端数据上传功能，作为独立设备在现场检测场景使用中发挥作用；
13.2、一种双模式无线连接的便携检测设备，设计了多通道的切换开关，实现了对恒电势仪的分时复用，为大量的检测和阵列传感器检测提供了便利，提供了一种长续航、小体积、低成本、高精度的便携式电化学分析平台；
14.3、一种双模式无线连接的便携检测设备，为扩展性强，封装结构完整的软件框架，为同类功能的开发提供了软件设计上的便捷性，同时良好人机交互接口，确保了用户操作设备进行电化学测量的完整性和独立性。
附图说明
15.图1是一种双模式无线连接的便携检测设备的结构设计框图；
16.图2是一种双模式无线连接的便携检测设备的三维示意图；
17.图中：1.中央处理器，11.模/数转换器，12.数/模转换器，2.人机交互模块，21.按键输入模块，22.显示面板，23.指示灯，3.无线通信模块，31.低功耗蓝牙模块，32.窄带物联网模块，4.恒电位仪模块，41.源滤波单元，42.三电极恒电位仪，43.多通道选择器，5.电源管理模块，51.锂电池，52.电压基准，6.全球定位导航系统，7.设备外壳。
具体实施方式
18.以下结合附图1-2和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.如附图1所示，双模式无线连接的便携检测设备具备人机交互模块2、无线通信模块3、恒电位仪模块4和、电源管理模块5、全球定位导航系统6和中央处理器1，人机交互模块2与中央处理器1相连，用于用户输入参数和提示信息的输出，中央处理器1处理输入的信号进行响应指令的发送，中央处理器1控制模数/模转换器12输出指定电势驱动恒电位仪模块4，同时电位仪模块4采集的数据通过模/数转换模块11被中央处理器1读取，数据通过无线通信模块3进行发送，全球定位导航系统6的数据也由中央处理器1处理，电源管理模块5管
理电池的充放电，和整个硬件系统的电源。
20.人机交互接口2包括：以按键构成的输入装置，和以无源蜂鸣器、oled显示面板和led灯珠构成的光、声输出组件，人机交互接口2以oled显示面板22作为图形显示的器件，显示面板22与中央处理器1的总线接口相连接，设置led作为系统运行和工作的状态的指示灯23，声音提醒以蜂鸣器提供，使用独立按键组成按键输入模块21，按键模块开关状态通过中央处理器1的输入引脚获取。
21.无线通信方式3包括：短距离通信的低功耗蓝牙模块31和窄带物联网模块32，低功耗蓝牙模块31通过串行接口与中央处理器1进行连接，实现对数据的透传；窄带物联网模块32以smb接口与贴片天线和有源gps北斗双频天线连接，数据通过异步串行接口和中央处理器1进行交互，低功耗蓝牙模块31可以近距离的将数据传输到个人电脑和智能手机，窄带物联网模块32将数据远程的传输到云端服务器中。
22.恒电势仪模块4作为实现以三电极体系为基础的电化学分析方法，包含若干个可以构成电势控制可电流检测的单元，多个通道的设计使用多路复用器实现来控制实现不同电极通道接入恒电势模块，恒电位仪模块4中的有源滤波单元41是由运算放大器构成的四阶切比雪夫有源低通滤波器。中央处理器1连接源滤波单元41，通过该通道产生不同的激励电势，三电极恒电位仪42由运放保持电势的恒定，通过跨阻放大器将电流信号转换为电压信号，与中央处理器1的模数转换通道连接，获取电流信息；三电极恒电位仪42的3个电极与由多通道选择器43连接。多通道选择器43使用四个通道分别与四个丝网印刷电极插槽连接，实现设备对四个传感器的电化学检测。
23.设备使用了电源管理模块5，聚合物锂电池管理模组实现对锂电池51的充电保护，绿灯亮起指示电池充电完毕，红灯亮起指示正在充电；低压差的线性稳压器为整个系统提供稳定的电压基准52提供中央处理器1中模拟部分参考电平。
24.如附图2所示，该设备的外壳7面积在10cm*7cm，丝网印刷电极插入电极插槽中，用户可以在丝网印刷电极上滴加需要监测的溶液进行分析，设备通过蓝牙与电脑进行连接，将检测数据传送至电脑中，显示面板22中显示目前电化学分析的进度。
25.所述模块采用现有技术的市售产品，中央处理器采用型号stm32f103rct6；低功耗蓝牙模块采用型号ch9140；窄带物联网和全球定位导航模块采用型号bc20。
26.一种双模式无线连接的便携检测设备使用流程：
27.1、将丝网印刷电极连接在发明的电极插槽中，然后向丝网印刷电极滴加待检测的溶液；
28.2、通过按键操作发明设置使用的方法和参数。这些信息通过显示面板反馈给使用者；
29.3、然后启动方法进行分析；
30.4、分析后的数据通过蓝牙传输至智能手机或个人电脑进行保存和可视化，同时也可以通过nb-iot网络上传云服务器，进行存储；
31.5、至此，操作结束。
32.以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。