ZHCG-5000型 傳感器檢測技術(shù)綜合實(shí)驗臺

一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

傳感器實(shí)驗臺將承擔機械電子檢測專(zhuān)業(yè)、機器人工程專(zhuān)業(yè)、汽車(chē)服務(wù)工程專(zhuān)業(yè)、電氣工程與智能控制專(zhuān)業(yè)、智能電機與電器專(zhuān)業(yè)和機械制造專(zhuān)業(yè)的傳感器課程實(shí)驗。所以，實(shí)驗設備應能包含對運動(dòng)、力學(xué)、電、溫度、壓力、流量、光電、聲音等物理量的測試，應包含能實(shí)現電機控制、運動(dòng)、視覺(jué)、電力、自動(dòng)化裝置、機械加工、汽車(chē)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等多種應用。要求傳感器必須是真實(shí)的工業(yè)傳感器，其種類(lèi)越多越好，型號越新越好，與現實(shí)中使用的傳感器越一致越好，以滿(mǎn)足上述各專(zhuān)業(yè)的不同需求，適應《傳感器原理及應用》等課程的實(shí)驗教學(xué)。

二、傳感器綜合實(shí)驗臺組成

1、系統由主控屏、測試源、變送單元、電機、傳感器、信號數據采集卡及處理軟件、解碼器、傳感器綜合應用單元、7寸真彩液晶觸摸屏、氣壓源、嵌入式cortex開(kāi)發(fā)系統、虛擬儀器（16通道和4路邏輯分析儀）、虛擬信號發(fā)生器、以太網(wǎng)通信、實(shí)驗臺桌等組成。配套軟件：LabVIEW。

2、變送單元由傳感器、變送器、電源組成。對實(shí)驗進(jìn)行信號的采集和控制，并給測試源提供電源。變送器至少包含：氣體壓力變送器；壓電適配變送器；稱(chēng)重變送器；轉速輸出變送器；電氣工程變送單元；渦流變送器。

（1）氣體壓力變送器：量程：0-100Kpa；精度0.5級。

（2）壓電適配變送器：與壓電加速度傳感器配套使用。測量范圍15000（ms-2。壓電加速度傳感器動(dòng)態(tài)響應范圍：0.2~8kHz。

（3）稱(chēng)重變送器：量程：0-20kg，精度0.5級。

（4）轉速輸出變送器：由調速電機、光電轉速傳感器、轉速盤(pán)、轉速控制板等組成，閉環(huán)控制。量程：0-2800r/min。

（5）電氣工程變送單元：由測速發(fā)電機、交流單相電機、交流電壓表、交流電流表組成。伺服電機：AC220V,伺服電機驅動(dòng)器接口含增量型光電編碼器2500線(xiàn)，驅動(dòng)端口、顯示板。

（6）渦流變送器：輸出范圍0---10V,  響應頻率：0—10KHZ 。

3、傳感器綜合應用單元至少包括：溫度檢測單元；智能制造環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)單元；機械電子測量單元；智能控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器應用單元；智能小車(chē)自動(dòng)運行與控制檢測單元；汽車(chē)傳感器檢測應用單元；六自由度機械手臂目標抓舉與識別人工智能控制單元；基礎傳感器檢測單元；電機控制應用單元。

（1）溫度檢測單元

溫度檢測單元由溫度控制裝置和溫度傳感器組成。溫度控制裝置采用電阻加熱棒模塊，組成雙孔加熱干井。還包括冷卻風(fēng)扇、加熱調壓模塊，加熱指示、冷卻指示，PID控溫。溫度測量分辨率至少0.1℃，控溫精度±0.5℃；含直流電橋法、電壓法溫度特性測量電路變換模塊。熱源輻射成像傳感器應用與編程，配置至少4.5寸屏幕顯示。溫度傳感器組件至少包括：

① AD590集成溫度0--120℃；

② K型熱電偶溫度傳感器：0--450℃

③ E型熱電偶溫度傳感器：0--450℃

④熱電偶溫度補償器：K型熱電偶

⑤ PT100溫度傳感器0--450℃

⑥紅外熱成像傳感器：像素尺寸32*24；檢測精度：±1℃；刷新速率：0.5-64Hz；目標溫度：0～+300℃；熱成像溫度檢測，熱源輪廓圖像顯示。

⑦紅外非接觸傳感器傳感器：檢測距離：0～5mm探測距離：工作溫度：-10～+55℃；

（2）智能制造環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)單元

環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)模型通過(guò)調速電機改變環(huán)形生產(chǎn)線(xiàn)運行速度，可對工件進(jìn)行在線(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測，通過(guò)顯示面板顯示各數據。至少使用以下6種傳感器：

①對射式光電開(kāi)關(guān)傳感器，檢測距離5m，常開(kāi)型，NPN晶體管輸出輸出。

②霍爾接近開(kāi)關(guān)傳感器，檢測距離10mm，可檢測永磁體，常開(kāi)型，NPN晶體管輸出輸出。

③電感接近開(kāi)關(guān)傳感器，檢測距離4mm，常開(kāi)型，NPN晶體管輸出輸出。

④電容接近開(kāi)關(guān)傳感器，檢測距離2mm，常開(kāi)型，NPN晶體管輸出輸出。

⑤顏色傳感器，焦距14.5mm±3mm，紅、藍、綠三色光源，自動(dòng)選擇適用光源。

⑥通用安全光幕傳感器：檢測距離：0.3～5m，繼電器輸出型。

（3） 機械電子測量單元

該單元由多功能轉子測試臺、調速電機、可調偏心轉子軸組成。用電渦流變換器對轉子軸進(jìn)行偏轉撓性檢測。用壓電變送器和傳感器測量運行振動(dòng)、以及轉速平穩度、噪聲。監測轉子軸振動(dòng)、李沙育分析圖表、頻譜圖，對檢測結果分析。傳感器至少包括：

①光電開(kāi)關(guān)傳感器：轉速測量0—3000轉/分

②齒輪轉速傳感器：測量范圍0～20kHz，脈沖輸出信號。

③電渦流傳感器：量程3mm，靈敏度8mA/mm，該傳感器同型號2只含變送器。

④振動(dòng)速度傳感器:固有頻率10Hz，阻尼0.4，失真度小于6%。

⑤壓電加速度傳感器:由加速度傳感器和電荷放大器組成。.靈敏度50mV/g，頻率范圍：0.5-100Hz（±10%），分辨率0.0005g。測試臺振動(dòng)頻率5---100Hz連續可調。

（4）智能控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器應用單元

1)4G模塊：ME909s華為海思芯片，Cat4 LTE工業(yè)級M2M無(wú)線(xiàn)模塊，具有標準Mini PCIe形態(tài)，支持下行150Mbps，上行50Mbps的傳輸速率，支持包括FOTA、USSD、IPV6/IPV4等協(xié)議。

2)Linux系統平臺：ARM Cortex-A72 1.5GHz（四核）處理器，2GB運行內存，32GB存儲內存，支持千兆以太網(wǎng)，WiFi2.4G/5G，藍牙5.0，雙路HDMI等。

3)液晶屏幕：7英寸IPS廣視角電容屏，支持HDMI輸入。

4)紅外熱成像傳感器：3.3V供電電壓，像素尺寸：32x24，刷新速率0.5Hz~64Hz，測量原理：噪聲等效溫差(NETD)，目標溫度：-40℃ ～300℃。

5)非接觸式紅外測溫傳感器：供電電壓3.3V，目標溫度：-70℃ ～380℃，支持I2C通訊協(xié)議。

6)紅外熱釋電傳感器：工作電壓3-12V，延時(shí)時(shí)間2s，感應范圍2-5米，≤120度錐角，工作溫度-20℃ ～60℃。

7)毫米波雷達傳感器：24GHz毫米波，抗干擾能力強，發(fā)射功率9dBm，探測距離8-10米，探測角度水平±57°，垂直±24°.

8)溫濕度傳感器：由NTC熱敏電阻以及濕敏元件構成，單總線(xiàn)通訊協(xié)議，濕度檢測精度±5%RH（5-95%RH），溫度檢測精度±2°C（0-60°C）。

9)微波傳感器：寬電壓工作范圍4-28V供電，探測距離5m左右。

10)光照傳感器：靈敏度570nm，±60°靈敏度角度，支持抑制紅外線(xiàn)（IR）光譜。

11)可燃氣體傳感器：探測范圍:300～10000ppm，靈敏度:R in air/R in typical gas≥5，響應時(shí)間:≤10s，加熱電流:≤180mA，恢復時(shí)間:≤30s。

12) WiFi網(wǎng)關(guān)：同時(shí)支持6路mesh子節點(diǎn)的收發(fā)測試，與Qt上位機通過(guò)串口完成數據的本地通訊，并完成云端遠程的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的搭建。

     （5）智能小車(chē)自動(dòng)運行與控制檢測單元

智能小車(chē)可分別通過(guò)自動(dòng)模式、手動(dòng)模式或手機app來(lái)控制小車(chē)四個(gè)車(chē)輪各自運動(dòng)，可完成前后左右移動(dòng)和視覺(jué)雷達導航等任務(wù)?？墒褂冒沧渴謾CAPP或液晶屏幕的方式完成對小車(chē)未知環(huán)境地圖的實(shí)時(shí)構建與監控。傳感器至少包括：

①三軸振動(dòng)傳感器，通過(guò)高精度陀螺儀進(jìn)行模擬車(chē)輛的振動(dòng)情況，并將三軸角速度實(shí)時(shí)通過(guò)串口輸出到單片機進(jìn)行分析處理，通過(guò)液晶屏幕顯示出來(lái)。

②激光雷達傳感器，通過(guò)360度全景激光雷達傳感器，和Linux遠程上位機完成移動(dòng)小車(chē)相關(guān)SLAM應用，并通過(guò)建模的方式對未知環(huán)境進(jìn)行室內建圖、定位、避障、導航等。

③UWB定位系統，通過(guò)不同基站的設置，模擬定位小車(chē)在運動(dòng)中的實(shí)時(shí)軌跡路線(xiàn)任務(wù)。

④深度視覺(jué)攝像頭，通過(guò)深度視覺(jué)攝像頭完成模擬小車(chē)的自主導航與動(dòng)態(tài)避障的功能。

⑤GPS北斗傳感器，通過(guò)GPS北斗傳感器完成室外的GPS定位任務(wù)。

⑥里程傳感器模塊，通過(guò)里程傳感器實(shí)時(shí)反饋模擬小車(chē)移動(dòng)距離，通過(guò)PID進(jìn)行軌跡的實(shí)時(shí)矯正。

  （6）六自由度機械手臂目標抓舉與識別人工智能控制單元

Ai智能控制平臺是基于6自由度的機器手臂作為教學(xué)平臺完成實(shí)驗功能，機械臂包含6個(gè)數字舵機，可以至少通過(guò)支持PS2手柄、PC上位機、語(yǔ)音識別、圖像識別等方式完成對機械手臂的抓取及相關(guān)操作，利用AI技術(shù)賦能將傳統的機械手臂智能化，完成物件識別、抓舉、庫存位置倉儲分揀（不少于8個(gè)庫位）功能。

硬件平臺基于A(yíng)VR內核處理器設計，多處理器IO接口可以同時(shí)驅動(dòng)配合完成串口單元驅動(dòng)指令的接收和六軸舵機的控制，完成硬件端機械臂操作。

軟件平臺基于Qt設計的定制化上位機客戶(hù)端，客戶(hù)端搭載在一款10寸1080P高清中控平臺，6G+128G存儲，分辨率：1920*1080p。機器視覺(jué)傳感器模塊功能箱：目標識別、六自由度機械手抓舉，目標庫位放置，實(shí)現視覺(jué)+語(yǔ)音+機械臂組合智能控制功能。系統功能如下：

①了解深度學(xué)習AI技術(shù)在視覺(jué)、語(yǔ)音中的實(shí)現原理，并通過(guò)驅動(dòng)硬件的形式完成從理論到實(shí)踐的過(guò)程，達到學(xué)以致用的目的；

②通過(guò)該平臺讓操作者可以模擬實(shí)際場(chǎng)景中機械臂的智能控制方案，讓學(xué)生可以通過(guò)實(shí)際動(dòng)手操作接觸電子設計，了解各硬件部分的工作原理、數據的通訊方式，和AI技術(shù)基本應用。

③基于目標識別，結合語(yǔ)音和視覺(jué)的技術(shù)，實(shí)現六自由度機械手抓舉操作，機械臂抓取目標庫不少于8個(gè)。

系統組成：

①6自由度的機器手臂，整體機械臂采用鋁合金支架結構，采用LDX-218進(jìn)口電位器，支持6路PWM舵機接口，包括正逆運動(dòng)學(xué)分析，支持防燒防堵轉功能，會(huì )自動(dòng)斷電停止工作，啟動(dòng)自我保護機制，通過(guò)上位機和相關(guān)算法，操作機械臂執行預定軌跡。

②機械臂控制模塊：基于A(yíng)VR內核處理器設計，具備多路IO接口，配備I2C、SPI、USART等通訊接口，實(shí)現上位機的指令通過(guò)串口對下位機機械臂的控制.

（7）電機控制應用單元 

該單元主要提供電機控制傳感器的結構、工作原理和電機控制應用。傳感器和電機至少包括：

①XSM轉速測量控制儀：顯示編碼盤(pán)速度、傳輸波形，頻率響應0—8KHz。

②光柵傳感器系統：光柵傳感器50線(xiàn)每毫米，長(cháng)150mm，光柵莫爾條紋角度可視、可調節，透鏡平行光距光柵尺不小于20cm，光柵尺出射面距光電接收管不小于20cm，光柵采用具有夾角組合式的透射光柵。組裝傳感器位移測量，4細分波形檢測端口，4微分波形端口檢測模塊，光柵玻璃尺主尺光柵、副尺光柵可自行安裝調試。

③絕對型光電編碼器：?jiǎn)稳Ψ直媛?6384。絕對型光電編碼器調試旋轉輸出波形檢測。

④增量型光電編碼器：1024線(xiàn)，增量型編碼器調試旋轉輸出波形檢測。

⑤光電轉速傳感器：動(dòng)作距離0.1～1m；工作距離: Sn×80％；響應頻率：500Hz.

⑥調速電機：輸出每分0—3000轉。

⑦測速發(fā)電機

⑧交流伺服電機

⑨單相交流電機

三、實(shí)驗室管理系統：

支持課程文件的添加、課程試卷的創(chuàng )建、課程題庫的創(chuàng )建等操作，課程題庫應該包含：?jiǎn)芜x題、多選題、問(wèn)答題、不定項選擇題.可以自定義添加課時(shí)、添加章/節；自定義內容為圖文、音頻、討論、考試、作業(yè)、練習、下載資料等，并設置詳細內容，同時(shí)提供內容發(fā)布、設置預覽、是否選修等操作。

提供學(xué)生成績(jì)單及作業(yè)成果下載接口，方便文件歸檔及備份。

四、可開(kāi)設的實(shí)驗內容

能開(kāi)設的實(shí)驗項目越多越好。能夠向學(xué)生提供開(kāi)放性實(shí)驗越多越好。

（1） 變送器單元至少開(kāi)設下列實(shí)驗

1、傳感器的信號類(lèi)型認識基礎實(shí)驗

2、氣體壓力變送器應用實(shí)驗

3、壓電適配變送器應用實(shí)驗

4、稱(chēng)重變送器應用實(shí)驗

5、轉速輸出變送器應用實(shí)驗

6、電氣工程變送單元單相電機檢測與控制實(shí)驗

7、電氣工程實(shí)驗應用實(shí)驗

8、測速發(fā)電機應用實(shí)驗

9、傳感器不同檢測對象模型應用實(shí)驗

10、檢測儀表應用設置與應用實(shí)驗

11、振動(dòng)測試測試實(shí)驗

12、嵌入式以太網(wǎng)、邏輯分析儀虛擬儀器應用實(shí)驗

13、傳感器的接線(xiàn)幾種類(lèi)型二線(xiàn)制，三線(xiàn)制，四線(xiàn)制、仿真教學(xué)實(shí)驗

14、多種傳感器在工業(yè)測量與控制中的應用，采用工業(yè)傳感器，標準的信號輸出

（2）溫度檢測應用單元至少完成下列實(shí)驗

1、溫度控制實(shí)驗

2、電流型溫度特性測量實(shí)驗

3、電壓型溫度特性測量

4、AD590集成溫度IC溫度特性測量；

（3）智能感知傳感器系列實(shí)驗

（4）智能機器人控制實(shí)驗

等課程設計實(shí)驗。