ZHCG-5000型 傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)

一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介

傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)將承擔(dān)機(jī)械電子檢測(cè)專(zhuān)業(yè)、機(jī)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(jī)與電器專(zhuān)業(yè)和機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的傳感器課程實(shí)驗(yàn)。所以，實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)能包含對(duì)運(yùn)動(dòng)、力學(xué)、電、溫度、壓力、流量、光電、聲音等物理量的測(cè)試，應(yīng)包含能實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)、視覺(jué)、電力、自動(dòng)化裝置、機(jī)械加工、汽車(chē)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等多種應(yīng)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(hào)越新越好，與現(xiàn)實(shí)中使用的傳感器越一致越好，以滿足上述各專(zhuān)業(yè)的不同需求，適應(yīng)《傳感器原理及應(yīng)用》等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

二、傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成

1、系統(tǒng)由主控屏、測(cè)試源、變送單元、電機(jī)、傳感器、信號(hào)數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、解碼器、傳感器綜合應(yīng)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(tǒng)、虛擬儀器（16通道和4路邏輯分析儀）、虛擬信號(hào)發(fā)生器、以太網(wǎng)通信、實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行信號(hào)的采集和控制，并給測(cè)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；稱重變送器；轉(zhuǎn)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(jí)。

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

（3）稱重變送器：量程：0-20kg，精度0.5級(jí)。

（4）轉(zhuǎn)速輸出變送器：由調(diào)速電機(jī)、光電轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速盤(pán)、轉(zhuǎn)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(cè)速發(fā)電機(jī)、交流單相電機(jī)、交流電壓表、交流電流表組成。伺服電機(jī)：AC220V,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口含增量型光電編碼器2500線，驅(qū)動(dòng)端口、顯示板。

（6）渦流變送器：輸出范圍0---10V,  響應(yīng)頻率：0—10KHZ 。

3、傳感器綜合應(yīng)用單元至少包括：溫度檢測(cè)單元；智能制造環(huán)形生產(chǎn)線單元；機(jī)械電子測(cè)量單元；智能控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用單元；智能小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行與控制檢測(cè)單元；汽車(chē)傳感器檢測(cè)應(yīng)用單元；六自由度機(jī)械手臂目標(biāo)抓舉與識(shí)別人工智能控制單元；基礎(chǔ)傳感器檢測(cè)單元；電機(jī)控制應(yīng)用單元。

（1）溫度檢測(cè)單元

溫度檢測(cè)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(diào)壓模塊，加熱指示、冷卻指示，PID控溫。溫度測(cè)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(cè)量電路變換模塊。熱源輻射成像傳感器應(yīng)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(bǔ)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(cè)精度：±1℃；刷新速率：0.5-64Hz；目標(biāo)溫度：0～+300℃；熱成像溫度檢測(cè)，熱源輪廓圖像顯示。

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

（2）智能制造環(huán)形生產(chǎn)線單元

環(huán)形生產(chǎn)線模型通過(guò)調(diào)速電機(jī)改變環(huán)形生產(chǎn)線運(yùn)行速度，可對(duì)工件進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)，通過(guò)顯示面板顯示各數(shù)據(jù)。至少使用以下6種傳感器：

①對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)傳感器，檢測(cè)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(cè)距離10mm，可檢測(cè)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(cè)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(cè)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(lán)、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(cè)距離：0.3～5m，繼電器輸出型。

（3） 機(jī)械電子測(cè)量單元

該單元由多功能轉(zhuǎn)子測(cè)試臺(tái)、調(diào)速電機(jī)、可調(diào)偏心轉(zhuǎn)子軸組成。用電渦流變換器對(duì)轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行偏轉(zhuǎn)撓性檢測(cè)。用壓電變送器和傳感器測(cè)量運(yùn)行振動(dòng)、以及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)度、噪聲。監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)、李沙育分析圖表、頻譜圖，對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析。傳感器至少包括：

①光電開(kāi)關(guān)傳感器：轉(zhuǎn)速測(cè)量0—3000轉(zhuǎn)/分

②齒輪轉(zhuǎn)速傳感器：測(cè)量范圍0～20kHz，脈沖輸出信號(hào)。

③電渦流傳感器：量程3mm，靈敏度8mA/mm，該傳感器同型號(hào)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(cè)試臺(tái)振動(dòng)頻率5---100Hz連續(xù)可調(diào)。

（4）智能控制物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用單元

1)4G模塊：ME909s華為海思芯片，Cat4 LTE工業(yè)級(jí)M2M無(wú)線模塊，具有標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)平臺(tái)：ARM Cortex-A72 1.5GHz（四核）處理器，2GB運(yùn)行內(nèi)存，32GB存儲(chǔ)內(nèi)存，支持千兆以太網(wǎng)，WiFi2.4G/5G，藍(lán)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(cè)量原理：噪聲等效溫差(NETD)，目標(biāo)溫度：-40℃ ～300℃。

5)非接觸式紅外測(cè)溫傳感器：供電電壓3.3V，目標(biāo)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(yīng)范圍2-5米，≤120度錐角，工作溫度-20℃ ～60℃。

7)毫米波雷達(dá)傳感器：24GHz毫米波，抗干擾能力強(qiáng)，發(fā)射功率9dBm，探測(cè)距離8-10米，探測(cè)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(gòu)成，單總線通訊協(xié)議，濕度檢測(cè)精度±5%RH（5-95%RH），溫度檢測(cè)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(cè)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（IR）光譜。

11)可燃?xì)怏w傳感器：探測(cè)范圍:300～10000ppm，靈敏度:R in air/R in typical gas≥5，響應(yīng)時(shí)間:≤10s，加熱電流:≤180mA，恢復(fù)時(shí)間:≤30s。

12) WiFi網(wǎng)關(guān)：同時(shí)支持6路mesh子節(jié)點(diǎn)的收發(fā)測(cè)試，與Qt上位機(jī)通過(guò)串口完成數(shù)據(jù)的本地通訊，并完成云端遠(yuǎn)程的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的搭建。

     （5）智能小車(chē)自動(dòng)運(yùn)行與控制檢測(cè)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(jī)app來(lái)控制小車(chē)四個(gè)車(chē)輪各自運(yùn)動(dòng)，可完成前后左右移動(dòng)和視覺(jué)雷達(dá)導(dǎo)航等任務(wù)?？墒褂冒沧渴謾C(jī)APP或液晶屏幕的方式完成對(duì)小車(chē)未知環(huán)境地圖的實(shí)時(shí)構(gòu)建與監(jiān)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(jī)進(jìn)行分析處理，通過(guò)液晶屏幕顯示出來(lái)。

②激光雷達(dá)傳感器，通過(guò)360度全景激光雷達(dá)傳感器，和Linux遠(yuǎn)程上位機(jī)完成移動(dòng)小車(chē)相關(guān)SLAM應(yīng)用，并通過(guò)建模的方式對(duì)未知環(huán)境進(jìn)行室內(nèi)建圖、定位、避障、導(dǎo)航等。

③UWB定位系統(tǒng)，通過(guò)不同基站的設(shè)置，模擬定位小車(chē)在運(yùn)動(dòng)中的實(shí)時(shí)軌跡路線任務(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(dǎo)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(jī)械手臂目標(biāo)抓舉與識(shí)別人工智能控制單元

Ai智能控制平臺(tái)是基于6自由度的機(jī)器手臂作為教學(xué)平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)功能，機(jī)械臂包含6個(gè)數(shù)字舵機(jī)，可以至少通過(guò)支持PS2手柄、PC上位機(jī)、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別等方式完成對(duì)機(jī)械手臂的抓取及相關(guān)操作，利用AI技術(shù)賦能將傳統(tǒng)的機(jī)械手臂智能化，完成物件識(shí)別、抓舉、庫(kù)存位置倉(cāng)儲(chǔ)分揀（不少于8個(gè)庫(kù)位）功能。

硬件平臺(tái)基于AVR內(nèi)核處理器設(shè)計(jì)，多處理器IO接口可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)配合完成串口單元驅(qū)動(dòng)指令的接收和六軸舵機(jī)的控制，完成硬件端機(jī)械臂操作。

軟件平臺(tái)基于Qt設(shè)計(jì)的定制化上位機(jī)客戶端，客戶端搭載在一款10寸1080P高清中控平臺(tái)，6G+128G存儲(chǔ)，分辨率：1920*1080p。機(jī)器視覺(jué)傳感器模塊功能箱：目標(biāo)識(shí)別、六自由度機(jī)械手抓舉，目標(biāo)庫(kù)位放置，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)+語(yǔ)音+機(jī)械臂組合智能控制功能。系統(tǒng)功能如下：

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

②通過(guò)該平臺(tái)讓操作者可以模擬實(shí)際場(chǎng)景中機(jī)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(shè)計(jì)，了解各硬件部分的工作原理、數(shù)據(jù)的通訊方式，和AI技術(shù)基本應(yīng)用。

③基于目標(biāo)識(shí)別，結(jié)合語(yǔ)音和視覺(jué)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)六自由度機(jī)械手抓舉操作，機(jī)械臂抓取目標(biāo)庫(kù)不少于8個(gè)。

系統(tǒng)組成：

①6自由度的機(jī)器手臂，整體機(jī)械臂采用鋁合金支架結(jié)構(gòu)，采用LDX-218進(jìn)口電位器，支持6路PWM舵機(jī)接口，包括正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，支持防燒防堵轉(zhuǎn)功能，會(huì)自動(dòng)斷電停止工作，啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制，通過(guò)上位機(jī)和相關(guān)算法，操作機(jī)械臂執(zhí)行預(yù)定軌跡。

②機(jī)械臂控制模塊：基于AVR內(nèi)核處理器設(shè)計(jì)，具備多路IO接口，配備I2C、SPI、USART等通訊接口，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的指令通過(guò)串口對(duì)下位機(jī)機(jī)械臂的控制.

（7）電機(jī)控制應(yīng)用單元 

該單元主要提供電機(jī)控制傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和電機(jī)控制應(yīng)用。傳感器和電機(jī)至少包括：

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

②光柵傳感器系統(tǒng)：光柵傳感器50線每毫米，長(zhǎng)150mm，光柵莫爾條紋角度可視、可調(diào)節(jié)，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(cè)量，4細(xì)分波形檢測(cè)端口，4微分波形端口檢測(cè)模塊，光柵玻璃尺主尺光柵、副尺光柵可自行安裝調(diào)試。

③絕對(duì)型光電編碼器：?jiǎn)稳Ψ直媛?6384。絕對(duì)型光電編碼器調(diào)試旋轉(zhuǎn)輸出波形檢測(cè)。

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

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

⑥調(diào)速電機(jī)：輸出每分0—3000轉(zhuǎn)。

⑦測(cè)速發(fā)電機(jī)

⑧交流伺服電機(jī)

⑨單相交流電機(jī)

三、實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)：

支持課程文件的添加、課程試卷的創(chuàng)建、課程題庫(kù)的創(chuàng)建等操作，課程題庫(kù)應(yīng)該包含：?jiǎn)芜x題、多選題、問(wèn)答題、不定項(xiàng)選擇題.可以自定義添加課時(shí)、添加章/節(jié)；自定義內(nèi)容為圖文、音頻、討論、考試、作業(yè)、練習(xí)、下載資料等，并設(shè)置詳細(xì)內(nèi)容，同時(shí)提供內(nèi)容發(fā)布、設(shè)置預(yù)覽、是否選修等操作。

提供學(xué)生成績(jī)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(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

能開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目越多越好。能夠向?qū)W生提供開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)越多越好。

（1） 變送器單元至少開(kāi)設(shè)下列實(shí)驗(yàn)

1、傳感器的信號(hào)類(lèi)型認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

2、氣體壓力變送器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

3、壓電適配變送器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

4、稱重變送器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

5、轉(zhuǎn)速輸出變送器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

6、電氣工程變送單元單相電機(jī)檢測(cè)與控制實(shí)驗(yàn)

7、電氣工程實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

8、測(cè)速發(fā)電機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

9、傳感器不同檢測(cè)對(duì)象模型應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

10、檢測(cè)儀表應(yīng)用設(shè)置與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

11、振動(dòng)測(cè)試測(cè)試實(shí)驗(yàn)

12、嵌入式以太網(wǎng)、邏輯分析儀虛擬儀器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

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

14、多種傳感器在工業(yè)測(cè)量與控制中的應(yīng)用，采用工業(yè)傳感器，標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸出

（2）溫度檢測(cè)應(yīng)用單元至少完成下列實(shí)驗(yàn)

1、溫度控制實(shí)驗(yàn)

2、電流型溫度特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)

3、電壓型溫度特性測(cè)量

4、AD590集成溫度IC溫度特性測(cè)量；

（3）智能感知傳感器系列實(shí)驗(yàn)

（4）智能機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)

等課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。