基于LABVIEW 的傳感器檢測技術實訓臺的開發

廖金團 韓立星 梁增提

（柳州城市職業學院，廣西 柳州 545036）

1 開發背景

傳感器對于工業生產有著重要的意義與價值，能夠精準收集與整合相關數據信息。近年來我國工業發展水平有了顯著的進步，這也讓傳感器在品質方面的要求也呈現出不斷上漲的趨勢，因此讓學生掌握傳感器主要理論基礎及實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，承擔著為企業服務的使命，因此“傳感器檢測技術”這一類的課程成為了很多高校的專業必修課程。這一類課程的綜合應用性較強，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、調試等的實踐操作。這就要求學校，尤其是高職院校，要有配套的實訓設備，這樣在教學上才能做到理論與實踐相結合，才能為企業輸送高質量技術人才。

2 傳感器實訓臺的現狀

目前，市面上很多公司都可以為學校提供整套的傳感器實訓臺，例如亞龍、中義科教、云創儀器等。但是市面上提供的實訓臺，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，所進行的實訓內容相對較為單一，無法有效拓寬學生的的能夠開展的實訓項目也基本較為固定，缺乏良好的可拓展性。而學校在采購了實訓平臺之后，往往需要使用多年，如果沒有特殊原因，通常不會進行更新，而企業的生產是根據社會的發展需求不斷更新的，這就造成了學校的教學設備跟不上企業的生產設備，學生學到的知識較為落后，無法適應企業的生產需求。另外，目前現有的設備大多數以簡單的實訓項目為例，僅僅是簡單地收集、整合與分析相關信號，并讓學生對實驗數據信息進行記錄，在對數據信息分析過程中無法有效保證結果的精準程度，且學生無法直觀看到整個實驗過程，這也和學生不斷變化的學習需求背道而馳，無法切實提升學生的學習自主性[2]。

3 設計思路

3.1 總體設計思路

本傳感器主要遵循了如下的設計思路：將提升學生的綜合能力作為根本原則，基于實際情況，在保證實訓便利性的同時，最大化地降低成本支出。既能滿足日常教學需求，又能為企業承辦相應的技能培訓或是試驗檢測。在實訓項目上，既要注重理論基礎的培養，又能依據企業的需求做相應的調整，適應企業生產的需求。

3.1.1 采用模塊化與集成式相結合

“傳感器檢測技術”這一類課程綜合性較強，理論知識必定要掌握。而對于高職院校的學生來說，理論學習往往比實踐學習困難。所以在設計該實訓臺時，為了能讓高職學生較快入門，將常規性的傳感器有機集成到一個模塊上，作為學生的入門實訓項目。其余模塊可以根據實際教學需求或是企業需求進行更換、搭建。

3.1.2 基于LABVIEW 的數據采集系統

為使學生能夠對實驗數據有直觀的認識，本實訓臺搭建了基于LABVIEW 平臺的數據采集系統。LABVIEW這一平臺的主要功能是完成虛擬儀器的開發，在數據采集、數據分析以及復雜分析算法等諸多方面都有著強大的功能，同時還可以進行靈活編程，界面也較為友好，操作人員還能夠根據自身的主觀意愿來對界面內容進行調整，并且也能夠跨越空間的限制遠程進行網絡通訊，可以說在自動化、測量、控制等領域有著重要的應用價值[3]。

該數據采集系統的實現方法在筆者另外論文中有介紹，在本文不做詳細闡述。這一數據采集系統有機融合了傳感器以及虛擬器，通過數據收集卡的優勢完成數據信息至計算機的傳輸工作，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數據信息，進而將其儲存至相應的數據庫之中，工作人員也能夠直觀看到所開展實驗的具體結果[4]。

3.2 傳感器實訓臺的設計

本文設計的傳感器實訓臺外形如圖1 所示。實訓臺主體包括臺面、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、電源開關模塊、總電源開關、電源開關、傳感器實訓模塊、傳感器安裝綁帶固定柱、傳感器安裝綁帶、供電安裝接口、擴展線路接口、強磁鐵、供電插孔、傳感器。

3.2.1 實訓臺架的設計

臺架如圖1 所示，傳感器安裝背板被安裝在臺架的后側部位，采取了豎直安裝的方式。相關人員可以按照實際需求在背板之中添加一定數量的傳感器模塊，不同模塊有著相應的標注數字，且在4 個角之中有著相應的電源插頭。在臺面左側部位添加了電源開關模塊，這一模塊能夠按照實訓實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，進而讓傳感器獲得運轉所需的電流。（如圖2 所示）在傳感器實訓模塊的上下部位添加了一定數量的擴展線路接口，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備線束，從而讓相關技術人員更為簡易地來對傳感器進行性能檢測。由圖2 能夠得知，將強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 傳感器實訓臺架整體圖

圖2 傳感器實訓模塊仰視圖及俯視圖

3.2.2 實訓臺的使用方法

3.2.2.1 傳感器的安裝

按照教學的具體要求，選擇特定的傳感器，并利用相應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，進而實現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行有效連接，如圖3 所示。

圖3 傳感器實驗實訓模塊傳感器安裝示意圖

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 設備供電

充分發揮電源開關模塊的優勢，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的電源開關。

3.2.2.4 實驗數據采集

將需要采集的信號連接到數據采集卡，打開LABVIEW 數據采集系統，選擇相應實訓項目，根據實訓要求進行下一步的數據處理。

3.2.2.5 工具的收納

實訓所需的工具，如萬用表、線速等均可有序放置于收納抽屜中。

舉例說明：現為某企業測試機車受電弓的靜態特性和升降弓時間，該試驗涉及到超聲波傳感器、拉力傳感器。按照試驗要求，安裝好相應傳感器，搭建好相應電路，打開數據采集系統，如圖4 所示，在該界面中可通過點擊相應的按鍵進行所需的試驗測試，測試的數據會以曲線的形式展示出來。通過如圖5 所示的界面，可進行查詢、導出歷史試驗數據、生成試驗報告等操作。

圖4 受電弓試驗數據采集主界面

圖5 受電弓試驗數據記錄界面

4 本傳感器實訓臺優點

相比于市面上現有的設備，本文設計的傳感器實訓臺具有以下優點：

4.1 實訓臺在開發設計時，充分考慮了企業生產的需要，可模擬實際生產工作，能夠提高學生對企業生產需求的適應能力。

4.2 實訓臺的各模塊可直接進行拆裝更換，能夠讓學生模擬現場安裝及調試，同時也可以根據企業生產變化的需要，更換相應的傳感器設備，具有較大的可拓展性能。

4.3 實訓臺既能滿足學校的教學需求，又能為企業承辦相應的培訓及競賽，使設備的利用率達到最大化，同時也使學校能夠更好的服務于企業。

4.4 實訓臺搭建了基于LABVIEW 的數據采集系統，可對數據進行采集、處理、分析及儲存，為后續實現物聯網奠定基礎。

4.5 相關數據信息能夠在最短的時間之內展示給學生，讓學生獲得更高的操作感與體驗感，且學生也能夠獲取到相應的實驗數據信息，這對于調動學生學習積極性，增強教學效果有著重要的意義與價值[5]。

5 結論

開發這套“傳感器檢測技術”實訓臺的目的在于解決實訓設備落后、內容過時、學生不感興趣等教學瓶頸，提高教學效率，改善教學效果，使培養出來的學生能更適應企業生產的需要。同時也為其他類似實訓實驗臺架的研發或是改造升級提供理論依據和指導。另外，該實訓臺架能夠模擬現場的實際生產，與當地企業生產設備相吻合，開發設計出來后，除了用于教學外，還能為企業承辦相應的技能培訓或是試驗檢測，更好的服務于企業。

本文所示圖例中標注的數值含義：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；電源開關模塊8；總電源開關9；電源開關10；傳感器實訓模塊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；擴展線路接口15；強磁鐵16；供電插孔17；傳感器18。