傳感器創新實訓平臺建設的探討

陳洪容 覃智廣 張銳麗

摘 要：本文根據傳感器創新實訓平臺建設的要求，提出建設一種虛實結合的開放性實訓平臺，該平臺在學生進行傳感器技術實訓能高效提高實訓效果和提升實踐能力，能充分發揮學生的創新意識和創新能力。

關鍵詞：傳感器;虛擬結合;創新

高校實驗室是培養學生綜合能力最直接、最重要的場所，而實踐教學是高等教育教學的重要組成部分，它承擔著教書育人、教學改革、知識創新、科學研究等學校的主體工作。它對于大學生特別是理工科大學生的綜合素質和創新能力的培養，具有獨特的不可替代的地位和作用。

一、平臺建設思路

根據學生知識、能力、素質教學的總體要求和學科專業的培養目標，注重培養通識教育基礎上的寬口徑專業人才和應用型人才，建設一個開放的、多功能的實驗教學平臺;引進先進的傳感器技術、信號處理技術與計算機技術有機組合的實驗設備，采用模塊式、開放式的實驗裝置與教學模式，建立一個基礎性、綜合性與可發展性實訓教學平臺;將測試理論、儀器原理和技術、計算機接口技術、高速總線技術以及圖形軟件編程技術融合一體，具有虛擬儀器技術的實訓教學平臺;本著重基礎、重應用、重創新的方針，構建虛實結合的開放性實訓平臺，促進學生實踐能力和創新素質的全面發展。

二、平臺的建設內容

基于Labview/Matlab創新型測控技術實訓平臺就是利用現有的計算機， 配上相應的硬件和專用軟件， 形成既有普通儀器的基本功能， 又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價的新型儀器。引進虛擬儀器技術，用戶可以隨心所欲地根據自已的意愿， 設計自己的儀器系統， 如溫度測量計、電壓表、轉速記錄器、數字儀和信號分析計等，在同一基本硬件配置上結合不同的軟件而實現。

結合已有的傳感器系統實驗儀， 將傳感器技術、數據采集技術、計算機技術三者結合起來，同時針對Labview教學、Matlab算法設計教學，配置多通道數據采集卡（8AI、4AO、8DI、4DO），對象模塊為溫度系統和轉速系統。通過該實驗系統，可以熟練掌握Labview軟件的使用，并可進行傳感器信號處理及虛擬儀器儀表設計，并可作為Matlab智能算法研究和應用的理想實驗模型。設備框圖如圖1示。

（一）溫度控制系統

該模塊主要由溫度傳感器、溫度變送器、冷卻風扇、加熱源、功率加熱器等部分組成，可以輸出工業標準0～5V（對應0oC到100oC）信號，作為外部控制系統中的傳感器測量信號。選擇內控方式可以完成儀表的信號檢測和控制功能，選擇外控方式則能通過LABVIEW、MATLAB完成計算機溫度控制系統的數據采集和輸出控制功能。

（二）轉速控制系統

該模塊主要由轉速傳感器、可調轉速風機、功率放大器等部分組成，可以輸出轉速測量的脈沖信號和工業標準的0—5V（對應0到2400轉/秒）信號，同時能通過LABVIEW、MATLA B軟件進行轉速的測量和PID控制。

（三）485總線多功能數據采集控制器及軟件

主控臺含有485總線多功能數據采集控制器（8路模擬量輸入（A/D），4路模擬量輸出（D/A），8路數字量輸入（DI），4路數字量輸出（DO）），各實驗臺能通過485總線構成網絡實驗系統，能進行各設備地址的設定和更改，可構成網絡傳感器實驗系統;提供動態鏈接庫函數，便于同時檢測多路傳感器信號，方便與其他檢測設備接口。同時集成了視頻實時監控部分使實驗過程更加直觀、友好。

（四）虛擬儀器LABVIEW接口及DEMO程序

LABVIEW是一個具有革命性的圖形化開發環境。他內置信號采集、測量分析與數據顯示功能。其界面如圖2示。

（五）MATLAB接口及閉環PID控制DEMO程序

MATLAB是一款最專業最活躍的科學仿真計算軟件。擁有強大的矩陣計算以及仿真能力，可用于概念設計，算法開發，建模仿真，工程與科學繪圖，控制系統的設計與仿真，通訊系統設計與仿真，財務與金融工程，管理與調度優化計算，數字圖像處理技術等。PID控制實驗效果如圖3示。

三、結束語

該平臺以傳感技術相關理論為基礎，性價比高，教學運行中易于操作，通俗易懂，能充分激發學生的學習興趣，提高學習效率，是個值得推廣的實訓平臺。

參考文獻：

[1]解源.“傳感器與檢測技術”實驗平臺的創建與應用[J].廈門：集美大學學報，2009.10.

[2]李菲.傳感器實驗教學模式的探索與改革[J].北京：中國現代教育裝備，2014.1.

[3]王敬沖.基于虛擬現實技術的傳感器實驗平臺的開發[J].南寧：輕工科技，2019.5.

作者簡介：

陳洪容（1975—），女，漢族，四川宜賓人，天津工業大學管理科學與工程專業碩士研究生，宜賓職業技術學院機電教研室，副教授，主要從事機電一體化方向的教學科研。

基金項目：

宜賓職業技術學院科研項目《傳感器創新實驗平臺建設研究》，編號：ybzysc17-05。