一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，包括主控制器、wifi模块、子控制器、阻抗测试模块、NRF传输模块和智能手机，所述智能手机通过wifi模块连接于主控制器，所述主控制器通过NRF传输模块连接于子控制器，所述子控制器电性连接于阻抗测试模块，所述阻抗测试模块由阻抗测试芯片、时钟芯片和选通开关芯片组成。本发明专利技术的一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，采用无线通讯的方式将多个子控制器节点和一个主控制器汇聚节点连接，用户可以根据需要自行添加新的子节点数目，兼容性好，扩展性强；通过智能手机终端控制、查看电化学阻抗测试系统的工作状况，操作方便，易于携带，另一方面阻抗测试模块体积小、质量轻。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统
本专利技术涉及一种测量系统，特别涉及一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统。
技术介绍
电化学阻抗技术是一种研究电极反应机理、电沉积、腐蚀和化学电源的重要方法。目前，国内外许多高校和企业测量电化学阻抗谱大都采用电化学工作站。电化学工作站集成了几乎所有常用的电化学测量技术，包括：循环伏安法、差分脉冲伏安法、计时安培法、Tafel图、电化学阻抗谱等。市场主流的电化学工作站有德国ZAHNERELektrik公司的Zennium系列、Metrohm瑞士万通集团的Autolab系列、法国RadiometerAnalytical公司的VoltaLab80、美国CHInstrument公司的CHI系列和美国BioAnalyticalSystems公司的BAS等。然而这些设备并非专门的阻抗分析仪器，普遍存在价格昂贵、体积大、笨重、无法扩展、无法与上位机无线通信等缺点，限制了它们在便携式、可穿戴式监测领域的应用。因此，本专利技术提出一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，主要通过以下技术方案来实现：本专利技术的一个实施例中，一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，包括主控制器、wifi模块、子控制器、阻抗测试模块、NRF传输模块和智能手机，所述智能手机通过wifi模块连接于主控制器，所述主控制器通过NRF传输模块连接于子控制器，所述子控制器电性连接于阻抗测试模块，所述阻抗测试模块由阻抗测试芯片、时钟芯片和选通开关芯片组成。本专利技术的一个实施例中，所述主控制器采用可编程的STM32单片机。进一步，STM32单片机负责网络标识号和路由路径的分配。本专利技术的一个实施例中，所述子控制器采用可编程的STC15单片机。进一步，STC15单片机负责增益系数和阻抗的计算、储存自身和上行节点的网络标识号。本专利技术的一个实施例中，所述阻抗测试芯片采用AD5933阻抗转换器。进一步，AD5933阻抗转换器用于计算待测电化学系统的阻抗实部和虚部。本专利技术的一个实施例中，所述时钟芯片采用AD4001频率合成器。进一步，AD4001频率合成器可以实现复阻抗测量在各个频率上的自由切换。本专利技术的一个实施例中，所述选通开关芯片采用ADG884芯片。进一步，AD5933芯片在待测电化学系统和校准电路之间的自动切换。本专利技术的一个实施例中，所述NRF传输模块采用单片无线收发器芯片NRF24L01。采用以上技术方案，具有以下技术效果：本专利技术的一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，用了多个子节点和一个汇聚节点的拓扑结构方式，可满足多节点同时测量，方便穿戴以及易于拓展的要求，子控制器中低成本STC15单片机的应用可有效降低整套系统的成本，结合主控制器STM32强大的数据处理功能可使系统的子节点数目达到上万，满足各种应用环境的需求，并且采用无线通讯的方式将多个子控制器节点和一个主控制器汇聚节点连接，用户可以根据需要自行添加新的子节点数目，兼容性好，扩展性强；通过智能手机终端控制、查看电化学阻抗测试系统的工作状况，操作方便，易于携带，另一方面阻抗测试模块体积小、质量轻、易于放置或贴在物体表面，适合用户在各种应用场景的使用。附图说明如图1为本专利技术的结构框图；如图2为本专利技术无线通讯网络组网的拓扑结构示意图；如图3为本专利技术应用于人体的成分测量示意图。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创造特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐明本专利技术。如图1所示，一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，包括主控制器、wifi模块、子控制器、阻抗测试模块、NRF传输模块和智能手机，所述智能手机通过wifi模块连接于主控制器，所述主控制器通过NRF传输模块连接于子控制器，所述子控制器电性连接于阻抗测试模块，所述阻抗测试模块由阻抗测试芯片、时钟芯片和选通开关芯片组成。本专利技术工作时，智能手机用于输入电化学阻抗测量时的系统参数，包括起始频率、扫描点数和频率增量，并通过wifi模块将测量参数发送到主控制器，主控制器通过NRF模块将测量参数发送给各个子控制器，子控制器将根据测量参数控制电化学阻抗模块的工作，测量电化学系统在不同频率的电化学阻抗值，计算完成后进入结果反馈阶段，各个子控制器将阻谱分析结果通过NRF模块反馈给主控制器；主控制器通过wifi模块将数据结果传输给智能手机处理；另一方面用户在智能手机中输入电化学阻抗测量时的系统参数，包括起始频率、扫描点数和频率增量，并通过wifi模块将测量参数发送到主控制器；主控制器通过NRF模块将测量参数发送给各个子控制器；的子控制器将根据测量参数控制电化学阻抗模块的工作，测量电化学系统在不同频率的阻抗实部与虚部值。子控制器STC15单片机负责增益系数和阻抗的计算，阻抗计算公式如下：阻抗测试数据通过子节点NRF模块传输给主控制器STM32，主控制器STM32通过wifi模块发送阻抗测试数据给智能手机处理，智能手机可以对测试数据保存、画图显示或上传至云端。同样的，如图2所示，本专利技术采用了多个子节点和一个汇聚节点的拓扑结构方式，可满足多节点同时测量，用户可以根据需要自行添加新的子节点，子节点和汇聚节点之间遵循无线自组网协议，新子节点入网时，汇聚节点会自动为此节点分配网络标号和路由路径，完成入网。具体的拓扑方法如下，汇聚节点(网关)是整个自组网的核心，第一个子节点(A)通电后，会进入广播模式，由于NRF有256个频道，所以刚进入网络的子节点会通过调频的方式在各信道逐次发送广播包，当在汇聚节点(网关)当前所处信道发送广播包时，汇集节点会接受广播包并返回信息，子节点即会停止跳频，确认当前工作信号，此时汇聚节点(网关)会为此节点分配网络标号和路由路径，完成入网；第二个子节点(B)通电后，汇聚节点(网关)收到配置信息时，会发送指令使自组网内所有节点(A)使能广播模式，刚入网的子节点(B)会如第二步所示跳频逐次发送广播包，此广播包可能会被汇聚节点(网关)接受，也可能会被子节点(A)接受，如果子节点(A)接受到子节点(B)广播包，它会将此广播包转为上行包发送给汇聚节点(网关)，汇聚节点会由此计算子节点(B)的最优路径，并进行分配，记录，同时挑选选两条较优路径备用，一旦路由节点断网，汇聚节点(网关)将会重新分配路径；第三个节点(C)通电入网时，入网顺序如上所示；第四个节点(D)通电入网时，汇聚节点(网关)接收到配置新节点指令时，所有节点(1)、(A)、(B)、(C)使能广播模式，同样新节点也是先使用跳频手段逐次调频发送广播包，离它最近的节点(1)接收到广播包后，由于(1)即为汇聚节点(网关)，汇聚节点(网关)直接为其分配网络标识号，路径，这些信息只是储存在汇聚节点(网关)，子节点(D)内部只是储存自身的网络表示号、加密秘钥、上一节点的网络标识号，由于其自身并不储存路径信息，所以对单片机的内存要求极低。如图3所示，本专利技术将各个子节点，集成了各自子节点，如子控制器、阻抗测试模块和NRF传输模块，与汇聚节点，如集成了主控制器、NRF传输模块和wifi模块，贴于身体手臂、躯干、大腿的地方，用户可根据需要增加子节点数目，以增加人体成分检测的准确性，子节点和汇聚节点之间遵循无线自组网协议，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，其特征在于，包括主控制器、wifi模块、子控制器、阻抗测试模块、NRF传输模块和智能手机，所述智能手机通过wifi模块连接于主控制器，所述主控制器通过NRF传输模块连接于子控制器，所述子控制器电性连接于阻抗测试模块，所述阻抗测试模块由阻抗测试芯片、时钟芯片和选通开关芯片组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，其特征在于，包括主控制器、wifi模块、子控制器、阻抗测试模块、NRF传输模块和智能手机，所述智能手机通过wifi模块连接于主控制器，所述主控制器通过NRF传输模块连接于子控制器，所述子控制器电性连接于阻抗测试模块，所述阻抗测试模块由阻抗测试芯片、时钟芯片和选通开关芯片组成。2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，其特征在于，所述主控制器采用可编程的STM32单片机。3.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯网络的电化学阻抗测量系统，其特征在于，所述子...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖建军，赵帅，季建宇，孟强，常枫，韩小虎，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：海南,46