将智能手机转变为信号发生器 信号发生器, 智能手机, 实验室, 工程师, 工具包

Bazinga

关键字：智能手机   信号发生器  
信号发生器是实验室中的常见设备。它们最适合用于组装前，测试新硬件设计的输入，并验证电路的性能。近年来，这些实验室工具不仅在体积尺寸上有所下降，其成本也在降低。因此，如今市场上已经有不少便携版的信号发生器。
对于忙碌的工程师，这种便携式版本确实很方便，但很多时候，常常要带好几台设备，这样工具包就会超过50磅的限重值。于是，人们现在开始设计可插入智能手机的实验室设备。您不必随身携带另一台装有电脑的设备，只需利用手机的计算能力和功能，便可使设备既轻便小巧又便宜实惠！

如何把智能手机转变成信号发生器呢？最简单的方法是利用手机上已有的耳机插孔！不必感到惊奇，试试插入板载USB接口！像任何工程项目一样，这个接口的作用也有局限性。

一个标准的耳机插孔通常只覆盖一个人可以听到的频率范围（20~20000Hz）。这个范围看似有限，但对于大多数传感器和应用而言，它实际上已相当广泛。心电图，脑电图和肌电图等医疗传感器都是很好的实例应用。这些信号没有超过100Hz的组件！

花费不到15美元便可做出一个智能手机信号发生器！该硬件包括单立体声3.5毫米耳机插头、一些电线，任选三个鳄鱼夹将信号发生器连接到测试设备。耳机插头包括左、右声道，外加接地。图1显示了用三根导线焊接的耳机插孔图。底部的大金属片为绿色接地线，红线分别连接左、右声道。耳机插头焊接后，可以拧回后盖，鳄鱼引线可通过焊接或固定螺丝连接，具体看所选接头类型。图2为硬件的最终件。



图1 焊接耳机插头




图2 完成组装的硬件


iOS和Android操作系统各自的应用程序商店都有很多可选的软件。对于iOS，信号发生器似乎是市场上现有的最好选择，价格不到3美元！图3显示了该应用程序在手机上显示图。Android较iOS而言选择性更广。测试发现最好的选择是Waveform，其设计看起来像是一台信号发生器的前面板，如图4所示。



图3 iPhone上的信号发生器




图4 Android上的Waveform


这两个应用程序都有改变输出信号电平、波形和频率等常用功能。由于硬件是一部电话，所以这些应用程序还包括在耳机的左、右声道生成不同波形的能力；每一个声道都是独立控制！相当于买一赠一！
现在，这一切看起来真的很酷，但真正的问题出现了，那就是它的工作原理是怎样的？我们做了一个简单的测试，将硬件连接一个电阻负载，然后安装到实验室中一台正在开发的医疗装置上。设置信号发生器为12Hz的正弦波，图5可以看到所得波形。这就是它的工作原理！

有个小问题，那就是改变应用程序的输出振幅可以使信号范围在0~50毫伏间波动！这实在是个令人好奇的问题！这似乎并不像是能驱动一组耳机的最大电压。人们通常认为峰间电压应为3.3伏。结果发现，尽管改变了应用程序的振幅，但手机音量设置限制了最大输出电压。将电话音量调至最大就会出现期望的电压范围。这点在图6可以看出。由于应用程序支持其他波形，图7显示了一个比较有趣的锯齿输出波形。



图5 初始正弦波测试




图6 音量调高的正弦波测试




图7 锯齿波形测试


iPhone版本软件中只遇到一个其它问题。如果手机进入休眠状态，信号发生器应用程序会停止输出波形！因此要使用信号发生器，手机就不可以进入休眠状态！这是一个有点恼人的问题，尤其手机显示屏耗电最大。当前唯一的解决方法是将手机连接上充电器。说实话，不能对一个15美元的信号发生器期望太高吧？（但愿这个“不合规”软件能在未来的版本中有所修复）。

这个信号发生器的简易制作法非常好用。它适合许多应用程序，目前已大大减轻了我旅行包的重量。有些场合下，这个简单的信号发生器可能并不能满足您的要求，这就需要更高端的便携装置。商用便携设备的价格约150美元，可以产生高达1MHz的频率。这根小电缆只相当于这个价格的十分之一，你会感叹这个小电缆的用处和使用频率是多么惊人。自己也装个试试吧，我期待着大家分享自己的经验！