LABVIEW下傳感器檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺開發(fā)
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摘要：本文分析了傳感器檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺開發(fā)的背景及研究現(xiàn)狀，從而闡述了設(shè)計的必要性。本文以培養(yǎng)學(xué)生能力為本位，從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計了基于labview的傳感器檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺，詳細(xì)闡述了設(shè)計思路及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案。本傳感器檢測技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺能夠解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后、內(nèi)容過時、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)出來的學(xué)生能更適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。同時也為其他類似實(shí)訓(xùn)臺架的研發(fā)或是改造升級提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：LABVIEW；傳感器；模塊化；實(shí)訓(xùn)臺
1開發(fā)背景
傳感器對于工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義與價值，能夠精準(zhǔn)收集與整合相關(guān)數(shù)據(jù)信息。近年來我國工業(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，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“傳感器檢測技術(shù)”這一類的課程成為了很多高校的專業(yè)必修課程。這一類課程的綜合應(yīng)用性較強(qiáng)，除了要掌握各種傳感器的理論原理知識以外，還要掌握各類傳感器的安裝、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，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，為了滿足大眾需求，通常是將一些較為常見的、普通的傳感器整合為一套，沒有針對性，所進(jìn)行的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容相對較為單一，無法有效拓寬學(xué)生的的能夠開展的實(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)校在采購了實(shí)訓(xùn)平臺之后，往往需要使用多年，如果沒有特殊原因，通常不會進(jìn)行更新，而企業(yè)的生產(chǎn)是根據(jù)社會的發(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)到的知識較為落后，無法適應(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)以簡單的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為例，僅僅是簡單地收集、整合與分析相關(guān)信號，并讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，在對數(shù)據(jù)信息分析過程中無法有效保證結(jié)果的精準(zhǔn)程度，且學(xué)生無法直觀看到整個實(shí)驗(yàn)過程，這也和學(xué)生不斷變化的學(xué)習(xí)需求背道而馳，無法切實(shí)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性[2]。
3設(shè)計思路
3.1總體設(shè)計思路
本傳感器主要遵循了如下的設(shè)計思路：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，最大化地降低成本支出。既能滿足日常教學(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。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?！皞鞲衅鳈z測技術(shù)”這一類課程綜合性較強(qiáng)，理論知識必定要掌握。而對于高職院校的學(xué)生來說，理論學(xué)習(xí)往往比實(shí)踐學(xué)習(xí)困難。所以在設(shè)計該實(shí)訓(xùn)臺時，為了能讓高職學(xué)生較快入門，將常規(guī)性的傳感器有機(jī)集成到一個模塊上，作為學(xué)生的入門實(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，本實(shí)訓(xùn)臺搭建了基于LABVIEW平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。LABVIEW這一平臺的主要功能是完成虛擬儀器的開發(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)自身的主觀意愿來對界面內(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，可以說在自動化、測量、控制等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值[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，通過數(shù)據(jù)收集卡的優(yōu)勢完成數(shù)據(jù)信息至計算機(jī)的傳輸工作，也能夠按照傳感器的基本特征，以LABVIEW平臺為載體來深入處理與分析相關(guān)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而將其儲存至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫之中，工作人員也能夠直觀看到所開展實(shí)驗(yàn)的具體結(jié)果[4]。
3.2傳感器實(shí)訓(xùn)臺的設(shè)計
本文設(shè)計的傳感器實(shí)訓(xùn)臺外形如圖1所示。實(shí)訓(xùn)臺主體包括臺面、傳感器安裝背板、支撐腳、抽屜、可制動功能的萬向輪、傳感器模塊安裝限位塊、電源插頭、電源開關(guān)模塊、總電源開關(guān)、電源開關(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)展線路接口、強(qiáng)磁鐵、供電插孔、傳感器。3.2.1實(shí)訓(xùn)臺架的設(shè)計。臺架如圖1所示，傳感器安裝背板被安裝在臺架的后側(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個角之中有著相應(yīng)的電源插頭。在臺面左側(cè)部位添加了電源開關(guān)模塊，這一模塊能夠按照實(shí)訓(xùn)實(shí)際需求來給操作人員提供0v至84v之間的直流電壓。而在臺面右側(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固定其中所存在的線束，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)展線路接口，以上下連通的形式存在，能夠讓傳感器輸出線束有效連接到測試設(shè)備線束，從而讓相關(guān)技術(shù)人員更為簡易地來對傳感器進(jìn)行性能檢測。由圖2能夠得知，將強(qiáng)磁鐵添加于模塊下表面的4個角，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。3.2.2實(shí)訓(xùn)臺的使用方法。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將傳感器與傳感器模塊進(jìn)行有效連接，如圖3所示。3.2.2.2線路的連接。安裝好后，將模塊放置到傳感器安裝背板對應(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，連接傳感器的線路。3.2.2.3設(shè)備供電。充分發(fā)揮電源開關(guān)模塊的優(yōu)勢，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。在操作過程中，只需要按照傳感器模塊的具體安裝位置打開相應(yīng)的電源開關(guān)。3.2.2.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。將需要采集的信號連接到數(shù)據(jù)采集卡，打開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，如萬用表、線速等均可有序放置于收納抽屜中。舉例說明：現(xiàn)為某企業(yè)測試機(jī)車受電弓的靜態(tài)特性和升降弓時間，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，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖4所示，在該界面中可通過點(diǎn)擊相應(yīng)的按鍵進(jìn)行所需的試驗(yàn)測試，測試的數(shù)據(jù)會以曲線的形式展示出來。通過如圖5所示的界面，可進(jìn)行查詢、導(dǎo)出歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)、生成試驗(yàn)報告等操作。
4本傳感器實(shí)訓(xùn)臺優(yōu)點(diǎn)
相比于市面上現(xiàn)有的設(shè)備，本文設(shè)計的傳感器實(shí)訓(xùn)臺具有以下優(yōu)點(diǎn)：
4.1實(shí)訓(xùn)臺在開發(fā)設(shè)計時，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)生對企業(yè)生產(chǎn)需求的適應(yīng)能力。
4.2實(shí)訓(xùn)臺的各模塊可直接進(jìn)行拆裝更換，能夠讓學(xué)生模擬現(xiàn)場安裝及調(diào)試，同時也可以根據(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)臺既能滿足學(xué)校的教學(xué)需求，又能為企業(yè)承辦相應(yīng)的培訓(xùn)及競賽，使設(shè)備的利用率達(dá)到最大化，同時也使學(xué)校能夠更好的服務(wù)于企業(yè)。4.4實(shí)訓(xùn)臺搭建了基于LABVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析及儲存，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，這對于調(diào)動學(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值[5]。
5結(jié)論
開發(fā)這套“傳感器檢測技術(shù)”實(shí)訓(xùn)臺的目的在于解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備落后、內(nèi)容過時、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)出來的學(xué)生能更適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的需要。同時也為其他類似實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)臺架的研發(fā)或是改造升級提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。另外，該實(shí)訓(xùn)臺架能夠模擬現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)，與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)生產(chǎn)設(shè)備相吻合，開發(fā)設(shè)計出來后，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，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：臺面1；傳感器安裝背板2；支撐腳；抽屜4；可制動功能的萬向輪5；傳感器模塊安裝限位塊；電源插頭7；電源開關(guān)模塊8；總電源開關(guān)9；電源開關(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)展線路接口15；強(qiáng)磁鐵16；供電插孔17；傳感器18。
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作者:廖金團(tuán) 韓立星 梁增提 單位:柳州城市職業(yè)學(xué)院