基于 LABVIEW 的传感器检测技术实训台的开发

　　摘 要：本文分析了传感器检测技术实训台开发的背景及研究现状，从而阐述了设计的必要性。本文以培养学生能力为本位，从实际出发，设计了基于 LABVIEW 的传感器检测技术实训台，详细阐述了设计思路及实现的技术方案。本传感器检测技术实训台能够解决实训设备落后、内容过时、学生不感兴趣等教学瓶颈，提高教学效率，改善教学效果，使培养出来的学生能更适应企业生产的需要。同时也为其他类似实训台架的研发或是改造升级提供理论依据和指导。

　　关键词：LABVIEW;传感器;模块化;实训台

　　1 开发背景

　　传感器对于工业生产有着重要的意义与价值，能够精准收集与整合相关数据信息。近年来我国工业发展水平有了显著的进步，这也让传感器在品质方面的要求也呈现出不断上涨的趋势，因此让学生掌握传感器主要理论基础及实践技能有着重要的意义与价值[1]。高校作为人才培育的摇篮，承担着为企业服务的使命，因此“传感器检测技术”这一类的课程成为了很多高校的专业必修课程。这一类课程的综合应用性较强，除了要掌握各种传感器的理论原理知识以外，还要掌握各类传感器的安装、更换、调试等的实践操作。这就要求学校，尤其是高职院校，要有配套的实训设备，这样在教学上才能做到理论与实践相结合，才能为企业输送高质量技术人才。

　　2 传感器实训台的现状

　　目前，市面上很多公司都可以为学校提供整套的传感器实训台，例如亚龙、中义科教、云创仪器等。但是市面上提供的实训台，为了满足大众需求，通常是将一些较为常见的、普通的传感器整合为一套，没有针对性，所进行的实训内容相对较为单一，无法有效拓宽学生的的能够开展的实训项目也基本较为固定，缺乏良好的可拓展性。而学校在采购了实训平台之后，往往需要使用多年，如果没有特殊原因，通常不会进行更新，而企业的生产是根据社会的发展需求不断更新的，这就造成了学校的教学设备跟不上企业的生产设备，学生学到的知识较为落后，无法适应企业的生产需求。另外，目前现有的设备大多数以简单的实训项目为例，仅仅是简单地收集、整合与分析相关信号，并让学生对实验数据信息进行记录，在对数据信息分析过程中无法有效保证结果的精准程度，且学生无法直观看到整个实验过程，这也和学生不断变化的学习需求背道而驰，无法切实提升学生的学习自主性[2]。

　　3 设计思路

　　3.1 总体设计思路

　　本传感器主要遵循了如下的设计思路：将提升学生的综合能力作为根本原则，基于实际情况，在保证实训便利性的同时，最大化地降低成本支出。既能满足日常教学需求，又能为企业承办相应的技能培训或是试验检测。在实训项目上，既要注重理论基础的培养，又能依据企业的需求做相应的调整，适应企业生产的需求。

　　3.1.1 采用模块化与集成式相结合“传感器检测技术”这一类课程综合性较强，理论知识必定要掌握。而对于高职院校的学生来说，理论学习往往比实践学习困难。所以在设计该实训台时，为了能让高职学生较快入门，将常规性的传感器有机集成到一个模块上，作为学生的入门实训项目。其余模块可以根据实际教学需求或是企业需求进行更换、搭建。

　　3.1.2 基于 LABVIEW 的数据采集系统为使学生能够对实验数据有直观的认识，本实训台搭建了基于 LABVIEW 平台的数据采集系统。LABVIEW这一平台的主要功能是完成虚拟仪器的开发，在数据采集、数据分析以及复杂分析算法等诸多方面都有着强大的功能，同时还可以进行灵活编程，界面也较为友好，操作人员还能够根据自身的主观意愿来对界面内容进行调整，并且也能够跨越空间的限制远程进行网络通讯，可以说在自动化、测量、控制等领域有着重要的应用价值[3]。该数据采集系统的实现方法在笔者另外论文中有介绍，在本文不做详细阐述。这一数据采集系统有机融合了传感器以及虚拟器，通过数据收集卡的优势完成数据信息至计算机的传输工作，也能够按照传感器的基本特征，以 LABVIEW 平台为载体来深入处理与分析相关数据信息，进而将其储存至相应的数据库之中，工作人员也能够直观看到所开展实验的具体结果[4]。

　　3.2 传感器实训台的设计本文设计的传感器实训台外形。实训台主体包括台面、传感器安装背板、支撑脚、抽屉、可制动功能的万向轮、传感器模块安装限位块、电源插头、电源开关模块、总电源开关、电源开关、传感器实训模块、传感器安装绑带固定柱、传感器安装绑带、供电安装接口、扩展线路接口、强磁铁、供电插孔、传感器。

　　3.2.1 实训台架的设计

　　台架传感器安装背板被安装在台架的后侧部位，采取了竖直安装的方式。相关人员可以按照实际需求在背板之中添加一定数量的传感器模块，不同模块有着相应的标注数字，且在 4 个角之中有着相应的电源插头。在台面左侧部位添加了电源开关模块，这一模块能够按照实训实际需求来给操作人员提供 0v 至84v 之间的直流电压。而在台面右侧则添加了不同传感器模块的供电安装接口，工作人员能够利用供电安装接口中的螺钉来固定其中所存在的线束，进而让传感器获得运转所需的电流。

　　在传感器实训模块的上下部位添加了一定数量的扩展线路接口，以上下连通的形式存在，能够让传感器输出线束有效连接到测试设备线束，从而让相关技术人员更为简易地来对传感器进行性能检测。将强磁铁添加于模块下表面的 4 个角，这样能够让传感器模块安装位中更为牢固的吸附相应的模块。供电插孔存在于模块下表面，能够和传感器模块安装位中的电源插头形成一定的连接。

　　3.2.2 实训台的使用方法

　　3.2.2.1 传感器的安装按照教学的具体要求，选择特定的传感器，并利用相应的安装绑带完成传感器的连接，这样一来传感器就能够被有效固定于固定柱之中，进而实现传感器于模块的有效连接。如若传感器有着相对较小的体积，且形状和绑带固定要求不符合，那么操作人员可以在传感器安装板中固定传感器，接着利用安装绑带来将传感器与传感器模块进行有效连接。

　　3.2.2.2 线路的连接安装好后，将模块放置到传感器安装背板对应的安装位上，注意电源插头及安装限位。接着参照电路原理图，连接传感器的线路。

　　3.2.2.3 设备供电充分发挥电源开关模块的优势，能够让传感器模块输入特定的电压与电流，这样就能够达成传感器模块供电的目的。在操作过程中，只需要按照传感器模块的具体安装位置打开相应的电源开关。

　　3.2.2.4 实验数据采集将需要采集的信号连接到数据采集卡，打开LABVIEW 数据采集系统，选择相应实训项目，根据实训要求进行下一步的数据处理。

　　3.2.2.5 工具的收纳实训所需的工具，如万用表、线速等均可有序放置于收纳抽屉中。举例说明：现为某企业测试机车受电弓的静态特性和升降弓时间，该试验涉及到超声波传感器、拉力传感器。按照试验要求，安装好相应传感器，搭建好相应电路，打开数据采集系统，在该界面中可通过点击相应的按键进行所需的试验测试，测试的数据会以曲线的形式展示出来。通过界面，可进行查询、导出历史试验数据、生成试验报告等操作。

　　4 本传感器实训台优点相比于市面上现有的设备，本文设计的传感器实训台具有以下优点：

　　4.1 实训台在开发设计时，充分考虑了企业生产的需要，可模拟实际生产工作，能够提高学生对企业生产需求的适应能力。

　　4.2 实训台的各模块可直接进行拆装更换，能够让学生模拟现场安装及调试，同时也可以根据企业生产变化的需要，更换相应的传感器设备，具有较大的可拓展性能。

　　4.3 实训台既能满足学校的教学需求，又能为企业承办相应的培训及竞赛，使设备的利用率达到最大化，同时也使学校能够更好的服务于企业。

　　4.4 实训台搭建了基于 LABVIEW 的数据采集系统，可对数据进行采集、处理、分析及储存，为后续实现物联网奠定基础。

　　4.5 相关数据信息能够在最短的时间之内展示给学生，让学生获得更高的操作感与体验感，且学生也能够获取到相应的实验数据信息，这对于调动学生学习积极性，增强教学效果有着重要的意义与价值[5]。

　　5 结论

　　开发这套“传感器检测技术”实训台的目的在于解决实训设备落后、内容过时、学生不感兴趣等教学瓶颈，提高教学效率，改善教学效果，使培养出来的学生能更适应企业生产的需要。同时也为其他类似实训实验台架的研发或是改造升级提供理论依据和指导。另外，该实训台架能够模拟现场的实际生产，与当地企业生产设备相吻合，开发设计出来后，除了用于教学外，还能为企业承办相应的技能培训或是试验检测，更好的服务于企业。本文所示图例中标注的数值含义：台面 1;传感器安装背板 2;支撑脚;抽屉 4;可制动功能的万向轮 5;传感器模块安装限位块;电源插头 7;电源开关模块 8;总电源开关 9;电源开关 10;传感器实训模块 11;传感器安装绑带固定柱 12;传感器安装绑带 13;供电安装接口 14;扩展线路接口 15;强磁铁 16;供电插孔 17;传感器 18。

　　参考文献

　　[1]毕绒超.浅谈传感器技术的研究现状与发展趋势[J].无线互联科技,2015(20):2.

　　[2]孙晓华，刘晓晖，乌江.基于虚拟仪器的传感器实践[M].北京：机械工业出版社，2017.

　　[3]张钢,王一妹,李云松.基于 LabVIEW 平台的多功能甲醛检测仪[J].山东工业技术,2019(2):3.

　　[4]王丽,郭红霞.基于 LabVIEW 的传感器综合性实验系统开发[J].信息技术,2017,41(7):6.

　　[5]查申龙,马宏亮,张启磊,潘盼,占生宝.基于 Labview 的数据采集与处理实验教学研究[J].安庆师范大学学报：自然科学版,2020,26(4):3.

　　作者：廖金团 韩立星 梁增提

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