专利名称：手持式空气尘埃粒子计数器的制作方法
技术领域：
本实用新型属计数技术领域，特别涉及的是一种手持式空气尘埃粒子计数器。
背景技术：
手持式空气尘埃粒子计数器是用于环境监测领域的一种计数仪器，其功能是对洁净环境中大气中微观粒子的个数进行统计和分析，从而得出各粒径分段在大气环境中占有的比例和数量，并根据ISO14644-1或者FEDSTD 209E等国际标准对洁净环境做出洁净等级的判断。其应用在微电子、精密机械、医药化工、超纯冶炼、食品饮料、航空航天、精细化工等领域。多年来传统的激光粒子计数器存在着体积过大、对粒径的分辨率差、计数效率不高等问题。其原因在于激光粒子传感器的光路、气路的设计不合理，信号处理电路的处理速度低。世界上有多家著名的公司如METONE等，代表了目前粒子计数器发展的先进水平和发展方向，他们也是市场上的主要的竞争者，但他们目前仍未采用数字信号处理(DSP)做为信号处理的主要部件。国内厂家在激光粒子计数传感器的设计上仍存在不足，如作为激光粒子计数器的关键部件的0.3μm粒径的分辨率的激光粒子传感器，国内厂家尚不具备自主研发和生产的能力，需要依赖进口。综上所述，目前国内外的激光粒子计数器存在对粒径的分辨率差，计数效率不高，体积过大等问题。
实用新型内容本实用新型的目的是为克服上述存在的问题，提供一种首次采用双透镜不规则粒子散射的激光粒子传感器和DSP信号分析电路的手持式空气尘埃粒子计数器。
本实用新型的技术方案是这样实现的本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器，包括电源电路、激光传感器电路、放大电路、信号处理电路和逻辑电路，有USB接口及其单片机电路，电源电路是电压变压电路，放大电路是差分运算放大电路，信号处理电路是DSP数字信号处理电路，逻辑电路是低电压供电数字逻辑电路，电压变压电路的V+5分别接差分运算放大电路和与之串联的AD转换电路的V+5接口和DSP数字信号处理电路的V+5接口，电压变压电路的+3.3V的接口分别接差分运算放大电路和与之串联的AD转换电路的V3.3接口、低电压供电数字逻辑电路的V3.3接口、DSP数字信号处理电路的V3.3接口，电压变压电路的2.5V接口接DSP数字信号处理电路的V2.5接口，AD转换电路的数据接口AD[15..0]接存储器电路的AD[15..0]接口，激光传感器电路的信号输出口接差分运算放大电路的信号输入口，AD转换电路的复位接口RS接低电压供电数字逻辑电路和存储器电路的RS接口，AD转换电路的数据有效接口DAV接低电压供电数字逻辑电路的DAV接口，存储器电路的数据接口D[15..0]接DSP数字信号处理电路的D[15..0]接口，低电压供电数字逻辑电路的0中断接口INO接DSP数字信号处理电路的IN0接口，低电压供电数字逻辑电路的1中断接口IN1接DSP数字信号处理电路的IN1接口，低电压供电数字逻辑电路的复位接口RESET接DSP数字信号处理电路和USB及单片机电路的RESET接口，USB及单片机电路的DSP片选接口/HDS1接DSP数字信号处理电路的/HDS1接口，低电压供电数字逻辑电路的使能接口ALL-OE接DSP数字信号处理电路的ALL-OE接口，低电压供电数字逻辑电路的DSP存储线接口MSTRB接DSP数字信号处理电路的MSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路的IO控制线接口IOSTRB接DSP数字信号处理电路的IOSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路的读写控制线接口R/W接DSP数字信号处理电路的R/W接口，低电压供电数字逻辑电路的IO数据线接口/IS接DSP数字信号处理电路的/IS接口，低电压供电数字逻辑电路的中断线接口INT-MCU接USB及其单片机电路的INT-MCU接口，USB接口及其单片机电路的接口的选择接口/SS接DSP数字信号处理电路的/SS接口，USB接口及其单片机电路的输入接口MOSI接DSP数字信号处理电路的MOSI接口，USB接口及其单片机电路的输出接口MISO接DSP数字信号处理电路的MISO接口，USB接口及其单片机电路(1)的时钟接口SCK接DSP数字信号处理电路的SCK接口，USB接口及其单片机电路的地接口GND、电压变压电路的地接口GND、差分运算放大电路和与之串联的AD转换电路的地接口GND、DSP数字信号处理电路的地接口GND、低电压供电数字逻辑电路的地接口GND串联接在一起接电源的地，差分运算放大电路和与之串联的AD转换电路的时钟信号接口、低电压供电数字逻辑电路、存储器电路的时钟信号接口、DSP数字信号处理电路的时钟信号接口并联在一起并与有源晶振相串联。其中时钟信号接口和有源晶振的频率都为20M。
上述的电压变压电路是由集成块MAX8877-2.5、MAX8877-5.0、SPX1117M-3.3电容C6、C24、C78、C11、C79、C18、E22、E27、E7、E24、E8、E30、电阻R14、二极管D6组成的，7.2V的电池电源接电容C6、E22到地再接SPX1117M-3.3的第3脚电压输入接口VIN，SPX1117M-3.3的第1脚接地，SPX1117M-3.3的第2、4脚连通其输出的3.3V电压接口分别接电容C24、E27到地。7.2V电池电源串二极管D6接电容E8、E7到地，接电阻R14到MAX8877-2.5的3脚/SHDN接口再分别接MAX8877-2.5和MAX8877-5.0的第1脚电压输入接口IN，MAX8877-2.5的第2脚接地，第4脚接电容C78到地，第5脚输出的2.5V电压接口分别接电容C11、E24到地。MAX8877-5.0第3脚接USB接口及其单片机电路的备用IO控制接口PB7，第4脚接电容C79到地，第2脚接地，第5脚输出的5V电压接口分别接电容C18、E30到地。其中C24、E37、E24、C11、E30、C18组成滤波网络，对电压杂波进行过滤，提高抗干扰能力。
上述的激光传感器电路是由集成块MAX1860、LF347、IR3C07、及其相关的外围电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、激光二极管D2、稳压管D1、二极管CR1三极管Q1、Q2、插座J1、J2组成的。+5V电压接口接到MAX1860的第8脚接电容C10到地，MAX1860第1、3、6、7脚分别接地，MAX1680第2脚CAP+接口接电容C1再接到第4脚CAP-接口，MAX1680的第5脚输出的-5V电压接口接电容C11到地，-5V电压接口串电阻R12再接到-V电压输出口接电容C3、C12到地，+5V电压接口串电阻R11接到+V电压接口接电容C5、C13到地，IR3C07的第7、8脚接到+5V电压接口接电容C18、C17到地在调平衡电位器R9串电阻R22再分别接到IR3C07的第3脚和J2的第1脚PD接口，IR3C07的第4脚接地，第1脚串电阻R21再接到J2的第3脚LD接口，第2脚接电容C9到地，第5脚接分压电阻R26到地再接到J1的控制接口Control接口，LF347的第4脚接到+V电压接口，第11脚接到-V电压接口，第3脚接调平衡电位器R5接地串电阻R17再接到+V电压接口，第1脚分别接到J1的第3脚CAL接口和电容C14、调平衡电位器R6串电阻R13接到LF347的第2脚，第5脚接地，第6脚分别接二极管CR1接电容C2到地再串电阻R10接到+V电压接口和电阻R4、电容C7接到LF347的第7脚再串电阻R14接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R16接电容C6到地再接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R10接电容C2到地接激光二极管D2分别接到LF347的第13脚和分别接电阻R2、电容C4到LF347的第14脚，LF347的第14脚分别接电阻R15到LF347的第2脚和接电容C16再串电阻R19接到LF347的第9脚，+V电压接口串电阻R25接分压电阻R23到地再接调平衡电位器R8到LF3347的第10脚，-V电压接口串电阻R20接分压电阻R24到地再接调平衡电位器R8到LF347的第10脚，LF347的第9脚接电阻R18、电容C15到LF347的第8脚和接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极串电阻R27接到LF347的第8脚，Q1的B极接到三极管Q2的B、C极再接电阻R3到地，+V电压接口串电阻R7接电容C8、二极管D1到地再接到三极管Q2的E极，LF347的第8脚串电阻R1接到J1信号输入接口Signal接口，J1的第2脚接地，第4脚接地，第5脚接+5V电压接口，J2的第2脚接地。
上述的差分运算放大电路是由调平衡电位器P1、P2，电阻R60、R62、R63、R76、电容C87、C89以及运算放大器AD8138组成的，传感器电路的输出口接调平衡电位器P1及R76到运算放大器AD8138的第1脚，调平衡电位器P2接R60到运算放大器AD8138的第8脚，同时AD8138的第8脚接反馈电阻R62与电容C87的一端，而反馈电阻R62与电容C87的另一端接到运算放大器AD8138输出的第5脚，AD8138的第1脚接反馈电阻R63与电容C89的一端，而反馈电阻R63与电容C89的另一端接到运算放大器AD8138输出的第4脚，运算放大器AD8138输出的第2脚接VREF接口。差分运算放大电路的类型是平衡输入放大，信号通道输入信号幅度为-2~+2V。
上述的DSP数字信号处理电路是由集成块TMS320VC5410、以及相关的外围电阻R36、R37、R38、R39、R40、R78、R77、R30、R29、R28电容C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44组成的，存储器电路的数据接口D[15..0]接TMS320VC5410第99-104脚和第113-123脚，USB接口及其单片机电路的数据接口HD[7..0]分别接TMS320VC5410第58、69、81、95、120、124、135、6脚，TMS320VC5410第19、30、31、65、66脚分别接R38、R36、R37、R39、R40，再均接到V3.3接口，TMS320VC5410第32脚接地，TMS320VC5410第64脚接低电压供电数字逻辑电路0中断接口DSP INTO，TMS320VC5410第51、66脚接低电压供电数字逻辑电路1中断接口DSP HINT，TMS320VC5410第13、92、129脚接电压变压电路的V3.3接口，TMS320VC5410第127脚接USB接口及其单片机电路的片选接口/CS，TMS320VC5410第17脚接低电压供电数字逻辑电路的片选接口HPI_/CS，TMS320VC5410第46、39、62脚分别接USB接口及其单片机电路的数据接口A2，A1，A0，TMS320VC5410第98脚接低电压供电数字逻辑电路和单片机电路的复位接口RSTET，TMS320VC5410第97脚接低电压供电数字逻辑电路的时钟信号接口，TMS320VC5410第77、83、84、79脚分别接R28、R77、R78、R30，再均接V3.3接口，TMS320VC5410第78脚接R31，再接地，TMS320VC5410第12、16、52、68、91、125、142脚均接V2.5接口，V2.5接口接电容C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44到地，TMS320VC5410第4、33、56、75、112、130、1、3、14、15、34、37、40、50、57、70、72、76、90、93、106、111、126、128、144、脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C33、C34、C35、C36、C37到地，TMS320VC5410第25脚接低电压供电数字逻辑电路的IO控制线接口IOSTRB，TMS320VC5410第23脚接低电压供电数字逻辑电路的读写控制线接口R/W，TMS320VC5410第22脚低电压供电数字逻辑电路的数据接口/IS，TMS320VC5410第10、11脚分别接低电压供电数字逻辑电路的地址选择接口A14、A15。DSP数字电路用以控制接口的传输方式，使其与USB及其单片机电路的接口一致。
上述的低电压供电数字逻辑电路是由集成块EPM3064及其外围电阻R41、R17、R18、R19、R20，有源晶振JZ3，插座J8组成的，EPM3064第3、18、34、51、66、82、39、91脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C45、C46到地，EPM3064的第4、15、62、73分别接电阻R17、R18、R19、R20再均接到V3.3接口，EPM3064的第100脚分别接电阻R41和电容E32再分别接到V3.3口和地，有源晶振JZ3第4脚接V3.3电源，第2脚接地，第3脚接时钟信号接口到EPM3064第87脚，EPM3064第11、26、33、38、43、53、59、65、74、78、86、95脚均接地，EPM3064第29、30脚分别接USB接口及其单片机电路的备用IO控制接口PC6、PC7，第37脚接DSP数字信号处理电路和USB接口及其单片机电路的复位接口RESET，第68脚接AD转换电路的AD-CLK时钟信号接口，第67脚接AD转换电路的数据有效接口DAV，第97脚接存储器电路的写数据接口F-WE，第98脚接AD转换电路的复位AD接口SETAD，第99脚接存储器电路的数据半满接口/HF，第93脚接存储器电路的写时钟信号接口RCLK，第94脚接存储器电路的读数据接口F-RD，第96脚接存储器电路的复位接口RS，第80脚接DSP数字信号处理电路的数据接口D0，第63脚接DSP数字信号处理电路的0中断接口INTO，第13脚接DSP数字信号处理电路的IO控制线接口IOSTRB，第14脚接DSP数字信号处理电路的读写控制信号接口R/W，第16脚接DSP数字信号处理电路的数据接口/IS，第20、21脚接DSP数字信号处理电路的地址选择接口D_A15、D_A14，第75脚接DSP数字信号处理电路的DSP_20M时钟信号接口，第64脚接DSP数字信号处理电路(4)的DSP_HINT中断脚，第52脚接DSP数字信号处理电路的XF接口，第48脚接USB接口及其单片机电路的时钟输出接口CLKOUT，第31脚接USB接口及其单片机电路(1)的TCP_/RST接口，第25脚接USB接口及其单片机电路的/PSEN接口，第23脚接USB接口及其单片机电路的0中断接口MCU_INTO，第19脚接DSP数字信号处理电路的片选接口HPI_/CS，第17脚接DSP数字信号处理电路的读写控制信号接口HR/W，第61、60、58、57、54、56、47、45、44、42、41、40脚分别接USB接口及其单片机电路的数据接口A4、A5、A6、A7、A8、A9、AI0、A11、A12、A13、A14、A15，插座J8第1脚接仿真接口TCK，，第3脚接仿真接口TD0，第5脚接仿真接口TMS，第9脚接仿真接口TDI，第2、10脚接地，第4脚接V3.3接口。其中有源晶振JZ3和时钟接口的频率都为20M。
本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的基本原理为激光传感器采样给出一个模拟信号经差分运算放大器AD8138后得到模拟脉冲(一般在-2～+2V的范围)再经模数转换器AD9260后，存储在存储器中，通道数作为存储地址，并和输入电平值成比例。每个脉冲均被数字化，在该数值后存储脉冲序数，这样就可以得到脉冲序数—电压图表。输入脉冲按其高度可寄存到相应的通道里，通道数越高，则手持式空气尘埃粒子计数器的分辨率和精度越高，手持式空气尘埃粒子计数器采用DSP数字信号处理技术，所以大大提高了手持式空气尘埃粒子计数器的分辨率和精度。
本实用新型采用DSP技术，TMS320VC5410使得输入信号的分析更加简单、快速、准确，并且具有功能多样化，应用适应性强的特点。
本实用新型的模数转换(A/D)采用AD公司的AD9260，该集成块是16位高速模数转换器，信噪比好，失真小，频带宽。
本实用新型的低电压供电数字逻辑电路采用的集成块EPM3064是可编程逻辑器件(FPGA)，3.3V供电，它向其它芯片提供逻辑时序。本实用新型的电压变压电路采用的集成块MAX8877和SPX1117M-3.3是低功耗电压转换器件，MAX8877输出2.5V和+5V电压，SPX1117M-3.3输出+3.3V电压。
本实用新型的传感器电压变压电路采用的集成块MAX1860是将+5V电压转换为-5V的器件，其优点是功耗低。
本实用新型的传感器电路的运算放大电路采用的集成块LF347是低功耗，低漂移，低噪声，高增益带宽范围，高输入阻抗的运算放大器。本实用新型的传感器电路的运算放大电路采用的集成块IR3C07是高精度，低漂移，低噪声，高输入阻抗的运算放大器件。
本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器，携带方便，分辨率高，普适性强，已成功应用于微电子、精密机械、医药化工等领域，性能和指标均优于国内外同类型的激光粒子计数器，其主要技术指标如下所示
综上所述，本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器(1)分辨率高，计数的最小粒径达到0.3μm；(2)计数效率高，重复性指标相对标准偏差≤±10％，远低于国标所规定的相对标准偏差≤±30％；(3)集成度高将USB口，COM口，温湿度传感器都集成于一体；(4)体积小；(5)可以同任何手提式或台式计算机连接使用。
图1是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的组成框图。
图2是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的USB及其单片机电路图。
图3是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的电压变压电路图。
图4是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的差分运算放大电路图。
图5是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的DSP数字信号处理电路图。
图6是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的低电压供电数字逻辑电路图。
图7是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的存储器电路图。
图8是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的AD转换电路图。
图9是本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的激光传感器电路图。
具体实施方法如图1所示，本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器9，包括电源电路、激光传感器电路、放大电路、信号处理电路和逻辑电路，有USB接口及其单片机电路1，电源电路是电压变压电路2，放大电路是差分运算放大电路3，信号处理电路是DSP数字信号处理电路4，逻辑电路是低电压供电数字逻辑电路5，电压变压电路2的V+5分别接差分运算放大电路3和与之串联的AD转换电路7的V+5接口和DSP数字信号处理电路4的V+5接口，电压变压电路2的+3.3V的接口分别接差分运算放大电路3和与之串联的AD转换电路7的V3.3接口、低电压供电数字逻辑电路5的V3.3接口、DSP数字信号处理电路4的V3.3接口，电压变压电路2的2.5V接口接DSP数字信号处理电路4的V2.5接口，AD转换电路7的数据接口AD[15..0]接存储器电路6的AD[15..0]接口，激光传感器电路8的信号输出口接差分运算放大电路3的信号输入口，AD转换电路7的复位接口RS接低电压供电数字逻辑电路5和存储器电路6的RS接口，AD转换电路7的数据有效接口DAV接低电压供电数字逻辑电路5的DAV接口，存储器电路6的数据接口D[15..0]接DSP数字信号处理电路4的D[15..0]接口，低电压供电数字逻辑电路5的0中断接口INO接DSP数字信号处理电路4的INO接口，低电压供电数字逻辑电路5的1中断接口IN1接DSP数字信号处理电路4的IN1接口，低电压供电数字逻辑电路5的复位接口RESET接DSP数字信号处理电路4和USB及单片机电路1的RESET接口，USB及单片机电路1的DSP片选接口/HDS1接DSP数字信号处理电路4的/HDS1接口，低电压供电数字逻辑电路5的使能接口ALL-OE接DSP数字信号处理电路4的ALL-OE接口，低电压供电数字逻辑电路5的DSP存储线接口MSTRB接DSP数字信号处理电路4的MSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路5的IO控制线接口IOSTRB接DSP数字信号处理电路4的IOSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路5的读写控制线接口R/W接DSP数字信号处理电路4的R/W接口，低电压供电数字逻辑电路5的IO数据线接口/IS接DSP数字信号处理电路4的/IS接口，低电压供电数字逻辑电路5的中断线接口INT-MCU接USB及其单片机电路1的INT-MCU接口，USB接口及其单片机电路1接口的选择接口/SS接DSP数字信号处理电路4的/SS接口，USB接口及其单片机电路1的输入接口MOSI接DSP数字信号处理电路4的MOSI接口，USB接口及其单片机电路1的输出接口MISO接DSP数字信号处理电路4的MISO接口，USB接口及其单片机电路1的时钟接口SCK接DSP数字信号处理电路4的SCK接口，USB接口及其单片机电路1的地接口GND、电压变压电路2的地接口GND、差分运算放大电路3和与之串联的AD转换电路7的地接口GND、DSP数字信号处理电路4的地接口GND、低电压供电数字逻辑电路5的地接口GND串联接在一起接电源的地，差分运算放大电路3和与之串联的AD转换电路7的时钟信号接口、低电压供电数字逻辑电路5、存储器电路6的时钟信号接口、DSP数字信号处理电路4的时钟信号接口并联在一起并与有源晶振相串联。其中时钟信号接口和有源晶振的频率都为20M。
如图3所示，上述的电压变压电路2是由集成块MAX8877-2.5、MAX8877-5.0、SPX1117M-3.3电容C6、C24、C78、C11、C79、C18、E22、E27、E7、E24、E8、E30、电阻R14、二极管D6组成的，7.2V的电池电源接电容C6、E22到地再接SPX1117M-3.3的第3脚电压输入接口VIN，SPX1117M-3.3的第1脚接地，SPX1117M-3.3的第2、4脚连通其输出的3.3V电压接口分别接电容C24、E27到地。7.2V电池电源串二极管D6接电容E8、E7到地，接电阻R14到MAX8877-2.5的3脚/SHDN接口再分别接MAX8877-2.5和MAX8877-5.0的第1脚电压输入接口IN，MAX8877-2.5的第2脚接地，第4脚接电容C78到地，第5脚输出的2.5V电压接口分别接电容C11、E24到地。MAX8877-5.0第3脚接USB接口及其单片机电路1的备用IO控制接口PB7，第4脚接电容C79到地，第2脚接地，第5脚输出的5V电压接口分别接电容C18、E30到地。其中C24、E37、E24、C11、E30、C18组成滤波网络，对电压杂波进行过滤，提高抗干扰能力。
如图4所示，上述的差分运算放大电路3是由调平衡电位器P1、P2，电阻R60、R62、R63、R76、电容C87、C89以及运算放大器AD8138组成的，激光传感器电路8的输出口接调平衡电位器P1及R76到运算放大器AD8138的第1脚，调平衡电位器P2接R60到运算放大器AD8138的第8脚，同时AD8138的第8脚接反馈电阻R62与电容C87的一端，而反馈电阻R62与电容C87的另一端接到运算放大器AD8138输出的第5脚，AD8138的第1脚接反馈h电阻R63与电容C89的一端，而反馈电阻R63与电容C89的另一端接到运算放大器AD8138输出的第4脚，运算放大器AD8138输出的第2脚接VREF接口。差分运算放大电路的类型是平衡输入放大，信号通道输入信号幅度为-2~+2V。
如图5所示，上述的DSP数字信号处理电路4是由集成块TMS320VC5410、以及相关的外围电阻R36、R37、R38、R39、R40、R78、R77、R30、R29、R28电容C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44组成的，存储器电路6的数据接口D[15..0]接TMS320VC5410第99-104脚和第113-123脚，USB接口及其单片机电路1的数据接口HD[7..0]分别接TMS320VC5410第58、69、81、95、120、124、135、6脚，TMS320VC5410第19、30、31、65、66脚分别接R38、R36、R37、R39、R40，再均接到V3.3接口，TMS320VC5410第32脚接地，TMS320VC5410第64脚接低电压供电数字逻辑电路50中断接口DSP INTO，TMS320VC5410第51、66脚接低电压供电数字逻辑电路51中断接口DSPHINT，TMS320VC5410第13、92、129脚接电压变压电路2的V3.3接口，TMS320VC5410第127脚接USB接口及其单片机电路1的片选接口/CS，TMS320VC5410第17脚接低电压供电数字逻辑电路1的片选接口HPI_/CS，TMS320VC5410第46、39、62脚分别接USB接口及其单片机电路1的数据接口A2，A1，A0，TMS320VC5410第98脚接低电压供电数字逻辑电路5和单片机电路1的复位接口RSTET，TMS320VC5410第97脚接低电压供电数字逻辑电路5的时钟信号接口，TMS320VC5410第77、83、84、79脚分别接R28、R77、R78、R30，再均接V3.3接口，TMS320VC5410第78脚接R31，再接地，TMS320VC5410第12、16、52、68、91、125、142脚均接V2.5接口，V2.5接口接电容C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44到地，TMS320VC5410第4、33、56、75、112、130、1、3、14、15、34、37、40、50、57、70、72、76、90、93、106、111、126、128、144、脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C33、C34、C35、C36、C37到地，TMS320VC5410第25脚接低电压供电数字逻辑电路5的IO控制线接口IOSTRB，TMS320VC5410第23脚接低电压供电数字逻辑电路5的读写控制线接口R/W，TMS320VC5410第22脚低电压供电数字逻辑电路5的数据接口/IS，TMS320VC5410第10、11脚分别接低电压供电数字逻辑电路5的地址选择接口A14、A15。DSP数字电路用以控制接口的传输方式，使其与USB及其单片机电路的接口一致。
如图2、6、7、8所示，上述低电压供电数字逻辑电路5是由集成块EPM3064及其外围电阻R41、R17、R18、R19、R20，有源晶振JZ3，插座J8组成的，EPM3064第3、18、34、51、66、82、39、91脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C45、C46到地，EPM3064的第4、15、62、73分别接电阻R17、R18、R19、R20再均接到V3.3接口，EPM3064的第100脚分别接电阻R41和电容E32再分别接到V3.3口和地，有源晶振JZ3第4脚接V3.3电源，第2脚接地，第3脚接时钟信号接口到EPM3064第87脚，EPM3064第11、26、33、38、43、53、59、65、74、78、86、95脚均接地，EPM3064第29、30脚分别接USB接口及其单片机电路1的备用IO控制接口PC6、PC7，第37脚接DSP数字信号处理电路4和USB接口及其单片机电路1的复位接口RESET，第68脚接AD转换电路7的AD-CLK时钟信号接口，第67脚接AD转换电路7的数据有效接口DAV，第97脚接存储器电路6的写数据接口F-WE，第98脚接AD转换电路7的复位AD接口SETAD，第99脚接存储器电路6的数据半满接口/HF，第93脚接存储器电路6的写时钟信号接口RCLK，第94脚接存储器电路6的读数据接口F-RD，第96脚接存储器电路6的复位接口RS，第80脚接DSP数字信号处理电路4的数据接口D0，第63脚接DSP数字信号处理电路4的0中断接口INTO，第13脚接DSP数字信号处理电路4的IO控制线接口IOSTRB，第14脚接DSP数字信号处理电路4的读写控制信号接口R/W，第16脚接DSP数字信号处理电路4的数据接口/IS，第20、21脚接DSP数字信号处理电路4的地址选择接口D_A15、D_A14，第75脚接DSP数字信号处理电路4的DSP_20M时钟信号接口，第64脚接DSP数字信号处理电路4的DSP_HINT中断脚，第52脚接DSP数字信号处理电路4的XF接口，第48脚接USB接口及其单片机电路1的时钟输出接口CLKOUT，第31脚接USB接口及其单片机电路1的TCP_/RST接口，第25脚接USB接口及其单片机电路1的/PSEN接口，第23脚接USB接口及其单片机电路的0中断接口MCU_INTO，第19脚接DSP数字信号处理电路4的片选接口HPI_/CS，第17脚接DSP数字信号处理电路4的读写控制信号接口HR/W，第61、60、58、57、54、56、47、45、44、42、41、40脚分别接USB接口及其单片机电路1的数据接口A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13、A14、A15，插座J8第1脚接仿真接口TCK，，第3脚接仿真接口TDO，第5脚接仿真接口TMS，第9脚接仿真接口TDI，第2、10脚接地，第4脚接V3.3接口。其中有源晶振JZ3和时钟接口的频率都为20M。
如图9所示，上述的激光传感器电路8是由集成块MAX1860、LF347、IR3C07、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、激光二极管D2、稳压管D1、二极管CR1三极管Q1、Q2、插座J1、J2组成的。+5V电压接口接到MAX1860的第8脚接电容C10到地，MAX1860第1、3、6、7脚分别接地，MAX1680第2脚CAP+接口接电容C1再接到第4脚CAP-接口，MAX1680的第5脚输出的-5V电压接口接电容C11到地，-5V电压接口串电阻R12再接到-V电压输出口接电容C3、C12到地，+5V电压接口串电阻R11接到+V电压接口接电容C5、C13到地，IR3C07的第7、8脚接到+5V电压接口接电容C18、C17到地在调平衡电位器R9串电阻R22再分别接到IR3C07的第3脚和J2的第1脚PD接口，IR3C07的第4脚接地，第1脚串电阻R21再接到J2的第3脚LD接口，第2脚接电容C9到地，第5脚接分压电阻R26到地再接到J1的控制接口Control接口，LF347的第4脚接到+V电压接口，第11脚接到-V电压接口，第3脚接调平衡电位器R5接地串电阻R17再接到+V电压接口，第1脚分别接到J1的第3脚CAL接口和电容C14、调平衡电位器R6串电阻R13接到LF347的第2脚，第5脚接地，第6脚分别接二极管CR1接电容C2到地再串电阻R10接到+V电压接口和电阻R4、电容C7接到LF347的第7脚再串电阻R14接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R16接电容C6到地再接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R10接电容C2到地接激光二极管D2分别接到LF347的第13脚和分别接电阻R2、电容C4到LF347的第14脚，LF347的第14脚分别接电阻R15到LF347的第2脚和接电容C16再串电阻R19接到LF347的第9脚，+V电压接口串电阻R25接分压电阻R23到地再接调平衡电位器R8到LF3347的第10脚，-V电压接口串电阻R20接分压电阻R24到地再接调平衡电位器R8到LF347的第10脚，LF347的第9脚接电阻R18、电容C15到LF347的第8脚和接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极串电阻R27接到LF347的第8脚，Q1的B极接到三极管Q2的B、C极再接电阻R3到地，+V电压接口串电阻R7接电容C8、二极管D1到地再接到三极管Q2的E极，LF347的第8脚串电阻R1接到J1信号输入接口Signal接口，J1的第2脚接地，第4脚接地，第5脚接+5V电压接口，J2的第2脚接地。
本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器的基本原理为激光传感器采样给出一个模拟信号经差分运算放大器AD8138后得到模拟脉冲一般在-2~+2V的范围再经模数转换器AD9260后，存储在存储器中，通道数作为存储地址，并和输入电平值成比例。每个脉冲均被数字化，在该数值后存储脉冲序数，这样就可以得到脉冲叙述—电压图表。输入脉冲按其高度可寄存到相应的通道里，通道数越高，则手持式空气尘埃粒子计数器的分辨率和精度越高，手持式空气尘埃粒子计数器采用DSP数字信号处理，所以大大提高了手持式空气尘埃粒子计数器的分辨率和精度。
权利要求1.手持式空气尘埃粒子计数器(9)，包括电源电路、激光传感器电路、放大电路、信号处理电路和逻辑电路，其特征在于有USB接口及其单片机电路(1)，电源电路是电压变压电路(2)，放大电路是差分运算放大电路(3)，信号处理电路是DSP数字信号处理电路(4)，逻辑电路是低电压供电数字逻辑电路(5)，电压变压电路(2)的+5V电源分别接差分运算放大电路(3)和与之串联的AD转换电路(7)的V+5接口和DSP数字信号处理电路(4)的V+5接口，电压变压电路(2)的+3.3V的接口分别接差分运算放大电路(3)和与之串联的AD转换电路(7)的V3.3接口、低电压供电数字逻辑电路(5)的V3.3接口、DSP数字信号处理电路(4)的V3.3接口，电压变压电路(2)的2.5V接口接DSP数字信号处理电路(4)的V2.5接口，AD转换电路(7)的数据接口AD[15..0]接存储器电路(6)的AD[15..0]接口，激光传感器是低功耗双透镜不规则粒子散射特征分析电路(8)，其信号输出口接差分运算放大电路(3)的信号输入口，AD转换电路(7)的复位接口RS接低电压供电数字逻辑电路(5)和存储器电路(6)的RS接口，AD转换电路(7)的数据有效接口DAV接低电压供电数字逻辑电路(5)的DAV接口，存储器电路(6)的数据接口D[15..0]接DSP数字信号处理电路(4)的D[15..0]接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的0中断接口IN0接DSP数字信号处理电路(4)的IN0接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的1中断接口IN1接DSP数字信号处理电路(4)的IN1接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的复位接口RESET接DSP数字信号处理电路(4)和USB及单片机电路(1)的RESET接口，USB及单片机电路(1)的DSP片选接口/HDS1接DSP数字信号处理电路(4)的/HDS1接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的使能接口ALL-OE接DSP数字信号处理电路(4)的ALL-OE接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的DSP存储线接口MSTRB接DSP数字信号处理电路(4)的MSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的IO控制线接口IOSTRB接DSP数字信号处理电路(4)的IOSTRB接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的读写控制线接口R/W接DSP数字信号处理电路(4)的R/W接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的IO数据线接口/IS接DSP数字信号处理电路(4)的/IS接口，低电压供电数字逻辑电路(5)的中断线接口INT-MCU接USB及其单片机电路(1)的INT-MCU接口，USB接口及其单片机电路(1)接口的选择接口/SS接DSP数字信号处理电路(4)的/SS接口，USB接口及其单片机电路(1)的输入接口MOSI接DSP数字信号处理电路(4)的MOSI接口，USB接口及其单片机电路(1)的输出接口MISO接DSP数字信号处理电路(4)的MISO接口，USB接口及其单片机电路(1)的时钟接口SCK接DSP数字信号处理电路(4)的SCK接口，USB接口及其单片机电路(1)的地接口GND、电压变压电路(2)的地接口GND、差分运算放大电路(3)和与之串联的AD转换电路(7)的地接口GND、DSP数字信号处理电路(4)的地接口GND、低电压供电数字逻辑电路(5)的地接口GND串联接在一起接电源的地，差分运算放大电路(3)和与之串联的AD转换电路(7)的时钟信号接口、低电压供电数字逻辑电路(5)、存储器电路(6)的时钟信号接口、DSP数字信号处理电路(4)的时钟信号接口并联在一起并与有源晶振相串联。
2.根据权利要求1所述的手持式空气尘埃粒子计数器(9)，其特征在于电压变压电路(2)是由集成块MAX8877-2.5、MAX8877-5.0、SPX1117M-3.3电容C6、C24、C78、C11、C79、C18、E22、E27、E7、E24、E8、E30、电阻R14、二极管D6组成的，7.2V的电池电源接电容C6、E22到地再接SPX1117M-3.3的第3脚电压输入接口VIN，SPX1117M-3.3的第1脚接地，SPX1117M-3.3的第2、4脚连通其输出的3.3V电压接口分别接电容C24、E27到地，7.2V电池电源串二极管D6接电容E8、E7到地，接电阻R14到MAX8877-2.5的3脚/SHDN接口再分别接MAX8877-2.5和MAX8877-5.0的第1脚电压输入接口IN，MAX8877-2.5的第2脚接地，第4脚接电容C78到地，第5脚输出的2.5V电压接口分别接电容C11、E24到地，MAX8877-5.0第3脚接USB接口及其单片机电路(1)的备用IO控制接口PB7，第4脚接电容C79到地，第2脚接地，第5脚输出的5V电压接口分别接电容C18、E30到地。
3.根据权利要求1所述的手持式空气尘埃粒子计数器(9)，其特征在于激光传感器电路(8)是由集成块MAX1860、LF347、IR3C07、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、激光二极管D2、稳压管D1、二极管CR1三极管Q1、Q2、插座J1、J2组成的，+5V电压接口接到MAX1860的第8脚接电容C10到地，MAX1860第1、3、6、7脚分别接地，MAX1680第2脚CAP+接口接电容C1再接到第4脚CAP-接口，MAX1680的第5脚输出的-5V电压接口接电容C11到地，-5V电压接口串电阻R12再接到-V电压输出口接电容C3、C12到地，+5V电压接口串电阻R11接到+V电压接口接电容C5、C13到地，IR3C07的第7、8脚接到+5V电压接口接电容C18、C17到地在调平衡电位器R9串电阻R22再分别接到IR3C07的第3脚和J2的第1脚PD接口，IR3C07的第4脚接地，第1脚串电阻R21再接到J2的第3脚LD接口，第2脚接电容C9到地，第5脚接分压电阻R26到地再接到J1的控制接口Control接口，LF347的第4脚接到+V电压接口，第11脚接到-V电压接口，第3脚接调平衡电位器R5接地串电阻R17再接到+V电压接口，第1脚分别接到J1的第3脚CAL接口和电容C14、调平衡电位器R6串电阻R13接到LF347的第2脚，第5脚接地，第6脚分别接二极管CR1接电容C2到地再串电阻R10接到+V电压接口和电阻R4、电容C7接到LF347的第7脚再串电阻R14接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R16接电容C6到地再接到LF347的第12脚，+V电压接口串电阻R10接电容C2到地接激光二极管D2分别接到LF347的第13脚和分别接电阻R2、电容C4到LF347的第14脚，LF347的第14脚分别接电阻R15到LF347的第2脚和接电容C16再串电阻R19接到LF347的第9脚，+V电压接口串电阻R25接分压电阻R23到地再接调平衡电位器R8到LF3347的第10脚，-V电压接口串电阻R20接分压电阻R24到地再接调平衡电位器R8到LF347的第10脚，LF347的第9脚接电阻R18、电容C15到LF347的第8脚和接三极管Q1的C极，三极管Q1的E极串电阻R27接到LF347的第8脚，Q1的B极接到三极管Q2的B、C极再接电阻R3到地，+V电压接口串电阻R7接电容C8、二极管D1到地再接到三极管Q2的E极，LF347的第8脚串电阻R1接到J1信号输入接口S ignal接口，J1的第2脚接地，第4脚接地，第5脚接+5V电压接口，J2的第2脚接地。
4.根据权利要求1所述的手持式空气尘埃粒子计数器(9)，其特征在于差分运算放大电路(3)是由调平衡电位器P1、P2，电阻R60、R62、R63、R76、电容C87、C89以及运算放大器AD8138组成的，传感器电路(8)的输出口接调平衡电位器P1及R76到运算放大器AD8138的第1脚，调平衡电位器P2接R60到运算放大器AD8138的第8脚，同时AD8138的第8脚接反馈电阻R62与电容C87的一端，而反馈电阻R62与电容C87的另一端接到运算放大器AD8138输出的第5脚，AD8138的第1脚接反馈电阻R63与电容C89的一端，而反馈电阻R63与电容C89的另一端接到运算放大器AD8138输出的第4脚，运算放大器AD8138输出的第2脚接VREF接口。
5.根据权利要求1所述的手持式空气尘埃粒子计数器(9)，其特征在于DSP数字信号处理电路(4)是由集成块TMS320VC5410、以及相关的外围电阻R36、R37、R38、R39、R40、R78、R77、R30、R29、R28电容C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44组成的，存储器电路(6)的数据接口D[15..0]接TMS320VC5410第99-104脚和第113-123脚，USB接口及其单片机电路(1)的数据接口HD[7..0]分别接TMS320VC5410第58、69、81、95、120、124、135、6脚，TMS320VC5410第19、30、31、65、66脚分别接R38、R36、R37、R39、R40，再均接到V3.3接口，TMS320VC5410第32脚接地，TMS320VC5410第64脚接低电压供电数字逻辑电路(5)0中断接口DSP INTO，TMS320VC5410第51、66脚接低电压供电数字逻辑电路(5)1中断接口DSP HINT，TMS320VC5410第13、92、129脚接电压变压电路(2)的V3.3接口，TMS320VC5410第127脚接USB接口及其单片机电路(1)的片选接口/CS，TMS320VC5410第17脚接低电压供电数字逻辑电路(1)的片选接口HPI_/CS，TMS320VC5410第46、39、62脚分别接USB接口及其单片机电路(1)的数据接口A2，A1，A0，TMS320VC5410第98脚接低电压供电数字逻辑电路(5)和单片机电路(1)的复位接口RSTET，TMS320VC5410第97脚接低电压供电数字逻辑电路(5)的时钟信号接口，TMS320VC5410第77、83、84、79脚分别接R28、R77、R78、R30，再均接V3.3接口，TMS320VC5410第78脚接R31，再接地，TMS320VC5410第12、16、52、68、91、125、142脚均接V2.5接口，V2.5接口接电容C38、C39、C40、C41、C42、C43、C44到地，TMS320VC5410第4、33、56、75、112、130、1、3、14、15、34、37、40、50、57、70、72、76、90、93、106、111、126、128、144、脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C33、C34、C35、C36、C37到地，TMS320VC5410第25脚接低电压供电数字逻辑电路(5)的IO控制线接口IOSTRB，TMS320VC5410第23脚接低电压供电数字逻辑电路(5)的读写控制线接口R/W，TMS320VC5410第22脚低电压供电数字逻辑电路(5)的数据接口/IS，TMS320VC5410第10、11脚分别接低电压供电数字逻辑电路(5)的地址选择接口A14、A15。
6.根据权利要求1所述的手持式空气尘埃粒子计数器(9)，其特征在于低电压供电数字逻辑电路(5)是由集成块EPM3064及其外围电阻R41、R17、R18、R19、R20，有源晶振JZ3，插座J8组成的，EPM3064第3、18、34、51、66、82、39、91脚均接V3.3接口，V3.3接口接电容C45、C46到地，EPM3064的第4、15、62、73分别接电阻R17、R18、R19、R20再均接到V3.3接口，EPM3064的第100脚分别接电阻R41和电容E32再分别接到V3.3口和地，有源晶振JZ3第4脚接V3.3电源，第2脚接地，第3脚接时钟信号接口到EPM3064第87脚，EPM3064第11、26、33、38、43、53、59、65、74、78、86、95脚均接地，EPM3064第29、30脚分别接USB接口及其单片机电路(1)的备用IO控制接口PC6、PC7，第37脚接DSP数字信号处理电路(4)和USB接口及其单片机电路(1)的复位接口RESET，第68脚接AD转换电路(7)的AD-CLK时钟信号接口，第67脚接AD转换电路(7)的数据有效接口DAV，第97脚接存储器电路(6)的写数据接口F-WE，第98脚接AD转换电路(7)的复位AD接口SETAD，第99脚接存储器电路(6)的数据半满接口/HF，第93脚接存储器电路(6)的写时钟信号接口RCLK，第94脚接存储器电路(6)的读数据接口F-RD，第96脚接存储器电路(6)的复位接口RS，第80脚接DSP数字信号处理电路(4)的数据接口DO，第63脚接DSP数字信号处理电路(4)的0中断接口INTO，第13脚接DSP数字信号处理电路(4)的IO控制线接口IOSTRB，第14脚接DSP数字信号处理电路(4)的读写控制信号接口R/W，第16脚接DSP数字信号处理电路(4)的数据接口/IS，第20、21脚接DSP数字信号处理电路(4)的地址选择接口D_A15、D_A14，第75脚接DSP数字信号处理电路(4)的DSP_20M时钟信号接口，第64脚接DSP数字信号处理电路(4)的DSP_HINT中断脚，第52脚接DSP数字信号处理电路(4)的XF接口，第48脚接USB接口及其单片机电路(1)的时钟输出接口CLKOUT，第31脚接USB接口及其单片机电路(1)的TCP_/RST接口，第25脚接USB接口及其单片机电路(1)的/PSEN接口，第23脚接USB接口及其单片机电路的0中断接口MCU_INTO，第19脚接DSP数字信号处理电路(4)的片选接口HPI_/CS，第17脚接DSP数字信号处理电路(4)的读写控制信号接口HR/W，第61、60、58、57、54、56、47、45、44、42、41、40脚分别接USB接口及其单片机电路(1)的数据接口A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10、A11、A12、A13、A14、A15，插座J8第1脚接仿真接口TCK，，第3脚接仿真接口TDO，第5脚接仿真接口TMS，第9脚接仿真接口TDI，第2、10脚接地，第4脚接V3.3接口。
专利摘要本实用新型属计数技术领域，特别涉及的是一种手持式空气尘埃粒子计数器。该计数器有USB接口及其单片机电路、其电源电路是电压变压电路，放大电路是差分运算放大电路，信号处理电路是DSP数字信号处理电路，逻辑电路是低电压供电数字逻辑电路，激光传感电路是低功耗双透镜不规则粒子散射分析电路。本计数器首次采用DSP技术用于粒子的分析和低功耗激光粒子传感器用于粒子的采集，它们是整个手持式空气尘埃粒子计数器的核心。本实用新型的手持式空气尘埃粒子计数器具有精度高、可靠性高、一致性好、低功耗、低噪声且袖珍、可携带性强等特点。其性能的主要技术指标都已经达到和超过了目前国际上居领先地位的空气尘埃粒子计数器。
文档编号G01N21/47GK2819211SQ200520035449
公开日2006年9月20日 申请日期2005年9月14日 优先权日2005年9月14日
发明者赵刚, 林海, 李世勇, 何翔宇 申请人:四川川嘉电子有限公司