基于LABVIEW 的傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)

廖金團(tuán) 韓立星 梁增提

（柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545036）

1 開(kāi)發(fā)背景

傳感器對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義與價(jià)值，能夠精準(zhǔn)收集與整合相關(guān)數(shù)據(jù)信息。近年來(lái)我國(guó)工業(yè)發(fā)展水平有了顯著的進(jìn)步，這也讓傳感器在品質(zhì)方面的要求也呈現(xiàn)出不斷上漲的趨勢(shì)，因此讓學(xué)生掌握傳感器主要理論基礎(chǔ)及實(shí)踐技能有著重要的意義與價(jià)值[1]。高校作為人才培育的搖籃，承擔(dān)著為企業(yè)服務(wù)的使命，因此“傳感器檢測(cè)技術(shù)”這一類(lèi)的課程成為了很多高校的專(zhuān)業(yè)必修課程。這一類(lèi)課程的綜合應(yīng)用性較強(qiáng)，除了要掌握各種傳感器的理論原理知識(shí)以外，還要掌握各類(lèi)傳感器的安裝、更換、調(diào)試等的實(shí)踐操作。這就要求學(xué)校，尤其是高職院校，要有配套的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，這樣在教學(xué)上才能做到理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能為企業(yè)輸送高質(zhì)量技術(shù)人才。

2 傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)的現(xiàn)狀

目前，市面上很多公司都可以為學(xué)校提供整套的傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)，例如亞龍、中義科教、云創(chuàng)儀器等。但是市面上提供的實(shí)訓(xùn)臺(tái)，為了滿(mǎn)足大眾需求，通常是將一些較為常見(jiàn)的、普通的傳感器整合為一套，沒(méi)有針對(duì)性，所進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容相對(duì)較為單一，無(wú)法有效拓寬學(xué)生的的能夠開(kāi)展的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目也基本較為固定，缺乏良好的可拓展性。而學(xué)校在采購(gòu)了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)之后，往往需要使用多年，如果沒(méi)有特殊原因，通常不會(huì)進(jìn)行更新，而企業(yè)的生產(chǎn)是根據(jù)社會(huì)的發(fā)展需求不斷更新的，這就造成了學(xué)校的教學(xué)設(shè)備跟不上企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，學(xué)生學(xué)到的知識(shí)較為落后，無(wú)法適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)需求。另外，目前現(xiàn)有的設(shè)備大多數(shù)以簡(jiǎn)單的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，僅僅是簡(jiǎn)單地收集、整合與分析相關(guān)信號(hào)，并讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，在對(duì)數(shù)據(jù)信息分析過(guò)程中無(wú)法有效保證結(jié)果的精準(zhǔn)程度，且學(xué)生無(wú)法直觀看到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，這也和學(xué)生不斷變化的學(xué)習(xí)需求背道而馳，無(wú)法切實(shí)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性[2]。

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

本傳感器主要遵循了如下的設(shè)計(jì)思路：將提升學(xué)生的綜合能力作為根本原則，基于實(shí)際情況，在保證實(shí)訓(xùn)便利性的同時(shí)，最大化地降低成本支出。既能滿(mǎn)足日常教學(xué)需求，又能為企業(yè)承辦相應(yīng)的技能培訓(xùn)或是試驗(yàn)檢測(cè)。在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目上，既要注重理論基礎(chǔ)的培養(yǎng)，又能依據(jù)企業(yè)的需求做相應(yīng)的調(diào)整，適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需求。

3.1.1 采用模塊化與集成式相結(jié)合

“傳感器檢測(cè)技術(shù)”這一類(lèi)課程綜合性較強(qiáng)，理論知識(shí)必定要掌握。而對(duì)于高職院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)，理論學(xué)習(xí)往往比實(shí)踐學(xué)習(xí)困難。所以在設(shè)計(jì)該實(shí)訓(xùn)臺(tái)時(shí)，為了能讓高職學(xué)生較快入門(mén)，將常規(guī)性的傳感器有機(jī)集成到一個(gè)模塊上，作為學(xué)生的入門(mén)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。其余模塊可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求或是企業(yè)需求進(jìn)行更換、搭建。

3.1.2 基于LABVIEW 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為使學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有直觀的認(rèn)識(shí)，本實(shí)訓(xùn)臺(tái)搭建了基于LABVIEW 平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LABVIEW這一平臺(tái)的主要功能是完成虛擬儀器的開(kāi)發(fā)，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及復(fù)雜分析算法等諸多方面都有著強(qiáng)大的功能，同時(shí)還可以進(jìn)行靈活編程，界面也較為友好，操作人員還能夠根據(jù)自身的主觀意愿來(lái)對(duì)界面內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，并且也能夠跨越空間的限制遠(yuǎn)程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，可以說(shuō)在自動(dòng)化、測(cè)量、控制等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值[3]。

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法在筆者另外論文中有介紹，在本文不做詳細(xì)闡述。這一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有機(jī)融合了傳感器以及虛擬器，通過(guò)數(shù)據(jù)收集卡的優(yōu)勢(shì)完成數(shù)據(jù)信息至計(jì)算機(jī)的傳輸工作，也能夠按照傳感器的基本特征，以L(fǎng)ABVIEW 平臺(tái)為載體來(lái)深入處理與分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而將其儲(chǔ)存至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)之中，工作人員也能夠直觀看到所開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的具體結(jié)果[4]。

3.2 傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)外形如圖1 所示。實(shí)訓(xùn)臺(tái)主體包括臺(tái)面、傳感器安裝背板、支撐腳、抽屜、可制動(dòng)功能的萬(wàn)向輪、傳感器模塊安裝限位塊、電源插頭、電源開(kāi)關(guān)模塊、總電源開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)、傳感器實(shí)訓(xùn)模塊、傳感器安裝綁帶固定柱、傳感器安裝綁帶、供電安裝接口、擴(kuò)展線(xiàn)路接口、強(qiáng)磁鐵、供電插孔、傳感器。

3.2.1 實(shí)訓(xùn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)

臺(tái)架如圖1 所示，傳感器安裝背板被安裝在臺(tái)架的后側(cè)部位，采取了豎直安裝的方式。相關(guān)人員可以按照實(shí)際需求在背板之中添加一定數(shù)量的傳感器模塊，不同模塊有著相應(yīng)的標(biāo)注數(shù)字，且在4 個(gè)角之中有著相應(yīng)的電源插頭。在臺(tái)面左側(cè)部位添加了電源開(kāi)關(guān)模塊，這一模塊能夠按照實(shí)訓(xùn)實(shí)際需求來(lái)給操作人員提供0v 至84v 之間的直流電壓。而在臺(tái)面右側(cè)則添加了不同傳感器模塊的供電安裝接口，工作人員能夠利用供電安裝接口中的螺釘來(lái)固定其中所存在的線(xiàn)束，進(jìn)而讓傳感器獲得運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電流。（如圖2 所示）在傳感器實(shí)訓(xùn)模塊的上下部位添加了一定數(shù)量的擴(kuò)展線(xiàn)路接口，以上下連通的形式存在，能夠讓傳感器輸出線(xiàn)束有效連接到測(cè)試設(shè)備線(xiàn)束，從而讓相關(guān)技術(shù)人員更為簡(jiǎn)易地來(lái)對(duì)傳感器進(jìn)行性能檢測(cè)。由圖2 能夠得知，將強(qiáng)磁鐵添加于模塊下表面的4 個(gè)角，這樣能夠讓傳感器模塊安裝位中更為牢固的吸附相應(yīng)的模塊。供電插孔存在于模塊下表面，能夠和傳感器模塊安裝位中的電源插頭形成一定的連接。

圖1 傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)架整體圖

圖2 傳感器實(shí)訓(xùn)模塊仰視圖及俯視圖

3.2.2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)的使用方法

3.2.2.1 傳感器的安裝

按照教學(xué)的具體要求，選擇特定的傳感器，并利用相應(yīng)的安裝綁帶完成傳感器的連接，這樣一來(lái)傳感器就能夠被有效固定于固定柱之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳感器于模塊的有效連接。如若傳感器有著相對(duì)較小的體積，且形狀和綁帶固定要求不符合，那么操作人員可以在傳感器安裝板中固定傳感器，接著利用安裝綁帶來(lái)將傳感器與傳感器模塊進(jìn)行有效連接，如圖3 所示。

圖3 傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模塊傳感器安裝示意圖

3.2.2.2 線(xiàn)路的連接

安裝好后，將模塊放置到傳感器安裝背板對(duì)應(yīng)的安裝位上，注意電源插頭及安裝限位。接著參照電路原理圖，連接傳感器的線(xiàn)路。

3.2.2.3 設(shè)備供電

充分發(fā)揮電源開(kāi)關(guān)模塊的優(yōu)勢(shì)，能夠讓傳感器模塊輸入特定的電壓與電流，這樣就能夠達(dá)成傳感器模塊供電的目的。在操作過(guò)程中，只需要按照傳感器模塊的具體安裝位置打開(kāi)相應(yīng)的電源開(kāi)關(guān)。

3.2.2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

將需要采集的信號(hào)連接到數(shù)據(jù)采集卡，打開(kāi)LABVIEW 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇相應(yīng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，根據(jù)實(shí)訓(xùn)要求進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理。

3.2.2.5 工具的收納

實(shí)訓(xùn)所需的工具，如萬(wàn)用表、線(xiàn)速等均可有序放置于收納抽屜中。

舉例說(shuō)明：現(xiàn)為某企業(yè)測(cè)試機(jī)車(chē)受電弓的靜態(tài)特性和升降弓時(shí)間，該試驗(yàn)涉及到超聲波傳感器、拉力傳感器。按照試驗(yàn)要求，安裝好相應(yīng)傳感器，搭建好相應(yīng)電路，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖4 所示，在該界面中可通過(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的按鍵進(jìn)行所需的試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試的數(shù)據(jù)會(huì)以曲線(xiàn)的形式展示出來(lái)。通過(guò)如圖5 所示的界面，可進(jìn)行查詢(xún)、導(dǎo)出歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)、生成試驗(yàn)報(bào)告等操作。

圖4 受電弓試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集主界面

圖5 受電弓試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄界面

4 本傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)優(yōu)點(diǎn)

相比于市面上現(xiàn)有的設(shè)備，本文設(shè)計(jì)的傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 實(shí)訓(xùn)臺(tái)在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了企業(yè)生產(chǎn)的需要，可模擬實(shí)際生產(chǎn)工作，能夠提高學(xué)生對(duì)企業(yè)生產(chǎn)需求的適應(yīng)能力。

4.2 實(shí)訓(xùn)臺(tái)的各模塊可直接進(jìn)行拆裝更換，能夠讓學(xué)生模擬現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試，同時(shí)也可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)變化的需要，更換相應(yīng)的傳感器設(shè)備，具有較大的可拓展性能。

4.3 實(shí)訓(xùn)臺(tái)既能滿(mǎn)足學(xué)校的教學(xué)需求，又能為企業(yè)承辦相應(yīng)的培訓(xùn)及競(jìng)賽，使設(shè)備的利用率達(dá)到最大化，同時(shí)也使學(xué)校能夠更好的服務(wù)于企業(yè)。

4.4 實(shí)訓(xùn)臺(tái)搭建了基于LABVIEW 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析及儲(chǔ)存，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

4.5 相關(guān)數(shù)據(jù)信息能夠在最短的時(shí)間之內(nèi)展示給學(xué)生，讓學(xué)生獲得更高的操作感與體驗(yàn)感，且學(xué)生也能夠獲取到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息，這對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)教學(xué)效果有著重要的意義與價(jià)值[5]。

5 結(jié)論

開(kāi)發(fā)這套“傳感器檢測(cè)技術(shù)”實(shí)訓(xùn)臺(tái)的目的在于解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后、內(nèi)容過(guò)時(shí)、學(xué)生不感興趣等教學(xué)瓶頸，提高教學(xué)效率，改善教學(xué)效果，使培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生能更適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。同時(shí)也為其他類(lèi)似實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的研發(fā)或是改造升級(jí)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。另外，該實(shí)訓(xùn)臺(tái)架能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)，與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)生產(chǎn)設(shè)備相吻合，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出來(lái)后，除了用于教學(xué)外，還能為企業(yè)承辦相應(yīng)的技能培訓(xùn)或是試驗(yàn)檢測(cè)，更好的服務(wù)于企業(yè)。

本文所示圖例中標(biāo)注的數(shù)值含義：臺(tái)面1；傳感器安裝背板2；支撐腳；抽屜4；可制動(dòng)功能的萬(wàn)向輪5；傳感器模塊安裝限位塊；電源插頭7；電源開(kāi)關(guān)模塊8；總電源開(kāi)關(guān)9；電源開(kāi)關(guān)10；傳感器實(shí)訓(xùn)模塊11；傳感器安裝綁帶固定柱12；傳感器安裝綁帶13；供電安裝接口14；擴(kuò)展線(xiàn)路接口15；強(qiáng)磁鐵16；供電插孔17；傳感器18。