传感器与检测技术实验 「教育科学」基于物联网实验平台的传感器与检测技术实验教学研究

「教育科学」基于物联网实验平台的传感器与检测技术实验教学研究

　　对于大部分高校开设的传感器的实验教学往往只是简单的验证性实验，对于应用型高校主要注重提高实践能力，验证性的实验不能满足应用型培养的要求，由于物联网平台配有大量的传感器，利用物联网实验平台的传感器优势，研究将传感器课程实验应用于物联网的项目中，通过软硬件结合的实训，综合单片机、传感器、电子技术等知识发挥传感器课程实验教学的最佳作用。物联网的实验平台采用赛佰特科技有限公司研发的基于CC2530的传感器实验箱，配备近20种传感器模块，通过蓝牙、ZigBee、WiFi等无线通信模块传送到控制台的显示器显示传感器测量结果。完全满足《传感器与检测技术》课程的实验项目要求。这样的实践教学能真正的提高学生的实践能力且符合应用型的民办高校的培养定位。

　　1.实验开设项目

　　针对我校48学时的《传感器与检测技术》课程项目式改革后的实验项目开设共8个，其中一个是对物联网实验平台的介绍和操作实验。实验项目开设情况如表1所示。从表中可以看出，每个实验针对不同类型的传感器，符合课程实验的要求。不仅要认识传感器的原理和特性，还要认识传感器的输出数据的格式和组成，熟悉各种传感器的应用，这对学生参加各类电子竞赛和完成毕业设计等有很大的帮助，能充分发挥这门课的作用。

表1 实验开设情况

　　2.实验项目的设计过程举例

　　（1）以光照传感器为例，实验搭配光敏电阻作为光照传感器，理论课堂讲解光敏电阻的原理和结构以及暗电阻、暗电流、最高工作电压、灵敏度等相关参数，熟悉光敏电路的伏安特性和光照特性。可以发现在小范围内光敏电阻的伏安特性曲线成直线关系，但是在光照特性曲线中直线范围并不理想，所以光敏电阻只适合用于判断有无光照或者一定灵敏度的强光和弱光的判断。常用于声光报警等电路。

　　以如图1所示，光敏电阻传感器的连接电路比较简单，用串联电阻分压，当光照增强时电阻的阻值减小，则该设备中光敏电阻传感器的暗电阻为2MΩ左右，亮电阻为10kΩ左右，R2取值为10kΩ，则无光时输出电压为：

有亮光时输出电压为:

　　由于STM8单片机内部自带10位AD转换，则AD读数为：

　　在AD转换器的输出中可以512作为临界值，当大于512时为无光状态，当小于512时为有光状态，将此临界值带入程序中编程即可。

　　（2）编程流程图。相应的程序流程图如图2所示，用无限循环while（1）不断的扫描传感器输出数据并通过AD转换的值与阈值比较，小于512的为有光状态，向单片机输入0，大于512为无光状态，向单片机输入1，单片机通过输入电平的数值，决定执行情况。

　　（3）传统实验操作。传统的光敏电阻实验操作是测量光照强度和输出电流的大小关系，并绘制光照强度特性图，属于验证性实验，没有在传感器的应用上进行拓展。

图1 光敏电阻连接电路

图1 光敏电阻连接电路

　　3.结语

　　通过以上例子，可以看出在改革之后的传感器实验能在传感器的应用上提高学生的动手能力，熟悉各种类型传感器的应用有利于学生在后续的专业课程、电子类竞赛、毕业设计等方面有较好的实践能力。在传统的传感器教学上，结合物联网技术进行教学和培养学生，将课程的重点从传感器的原理转移到传感器的应用上，以培养更多参加各种科技竞赛的学生，符合应用型人才培养的目标。

　　作者：马华玲

　　本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第20期

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检测与转换（传感器）技术实训装置，传感器与检测技术实验台

DB-GD06 检测与转换（传感器）技术实训装置

一、产品简介检测与转换（传感器）技术实训装置是在本公司多年生产传感技术教学实验装置的基础上，为适应不同类别、不同层次的专业需要，最新推出的模块化的新产品。检测与转换（传感器）技术实训装置主要用于各大、中专院校开设的“传感器原理”“自动检测技术”“非电量电测技术”“工业自动化仪表与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。检测与转换（传感器）技术实训装置采用的传感器大部分是工业结构，便于学生加强对书本知识的理解，并在实验过程中，通过信号的拾取，转换，分析，培养学生作为一个科技工作者具有的基本操作技能与动手能力。

二、产品组成一、实验台组成检测与转换（传感器）技术实训装置由主控台、三源发生台（振动源、温度源、转动源）、传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌八部分组成。1、主控台部分1.信号发生器：频率至少覆盖1k～10kHz ，峰峰值最低覆盖范围VP-P=0～17V连续可调。2. 频率至少覆盖1～30Hz低频信号，峰峰值最低覆盖范围VP-P=0～17V连续可调，有短路保护功能。3.至少四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能。4.恒流源：至少0～20mA连续可调，最大输出电压≥12V。5.数字式电压表：量程覆盖0～20V，至少分为200mV、2V、20V三档、精度≤0.5级。6.数字式毫安表：量程覆盖0～20mA，至少三位半数字显示、精度≤0.5级，有内测外测功能。7.频率/转速表：频率测量范围覆盖1～9999Hz，转速测量范围覆盖1～9999rpm。8.高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度≤±0.5℃。必须具有与MCGS通信功能。能在软件上进行修改和控制。9. 主控台数据传输方式要求为USB,WIFI,以太网模式。模式要求使用上位机软件相互切换。USB为有线近程接入方式，WIFI及以太网可通过上位机远程配置和接入，内置出厂设置按钮。数据采集方式要求为单步采集及连续采集方式，采样频率要求选择1k，10k，200k软件可配置。存储数据可以根据需要进行选择，量程自动切换。提供的处理软件必须要用Labview计算机界面，可以进行实验项目选择与编辑、数据采集、特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。2、三源发生台1.加热源：0～220V交流电源加热，温度要求控制在室温～120℃。2.转动源：2～24V直流电源驱动，转速覆盖0～3000rpm。3.振动源：振动频率覆盖1Hz～30Hz（可调），共振频率在12Hz左右。3、传感器：详见下表4、实验模块部分：详见下表5、数据采集卡及处理软件：6、实验桌： 桌面要求采用高绝缘度、高强度、耐高温的高密度板，电脑桌连体设计。要求必须具有接地、漏电保护、采用高绝缘的安全型插座，安全性要求符合相关国家标准。实验桌主体要求采用1.2mm铁质喷塑，桌子底脚用带刹车万向轮。1.输入电源：单相三线～220V±10% 50Hz2.装置容量： ≤1.0kVA3.外形尺寸：140cm×80cm×118cm，允许偏差5%三、产品特点1、传感器的结构已从原理型转向工业检测传感器，传感器已由定性转向定量，有一定的精度，更便于计算机做实验的特性分析。2、仪器配温度源、气源、振动源和转动源。传感器配相应实验模块，便于操作和管理，实验完成后，可分别放入实验台的柜子里和传感器箱。能根据教学需求添加增强部分传感器及其模块，或制作特殊的传感器模块。3、各种公共源也可用于学生课程设计、毕业设计及进行一些开发性实验；电源及信号源设制有保护电路，确保学生在误操作后不会损坏设备并保证学生的安全。四、产品技术指标

序号传感器名称实 验 模 板量 程线性备 注1电阻应变式传感器电阻应变式实验模块0－1000g±0.5%全桥2扩散硅压力传感器压力传感器实验模块20kpa-100kpa±1% 3差动变压器差动变压器实验模块±5mm±2% 4电容式传感器电容传感器实验模块±2.5mm±3% 5霍尔式位移传感器霍尔传感器实验模块±3mm±3% 6霍尔式转速传感器 2400转／分±0.5% 7磁电式传感器由线圈和永久磁钢构成，灵敏度不低于0.5v/m/s2400转／分±0.1% 8压电式传感器压电传感器实验模块谐振频率10kHz 9电涡流位移传感器电涡流位移实验模块3mm±2% 10光纤位移传感器光纤位移实验模块（Y型导光型传感器）1mm±5% 11光电转速传感器 2400转／分±0.5% 12集成温度传感器 -55℃～155℃±3 %电流输出型集成温度传感器，敏度不低于1uA/℃。13Pt100铂电阻 测温范围覆盖-200℃～850℃。±3%三线制14Cu50铜电阻 测温范围覆盖-50℃～100℃。±3% 15K型热电偶 测温范围覆盖-50℃～180℃±2% 16E型热电偶 测温范围覆盖-100℃～110℃±2% 17PN节温度传感器 测温范围覆盖-100℃～150℃，灵敏度不低于2.2mV/℃不大于1% 18气敏传感器 50-2000PPm 对酒精敏感19湿敏传感器 10－99%RH 20光敏电阻Cds光敏电阻，额定功率20mw，暗阻≥5MΩ21红外发光二极管峰值波长940nm，工作电压10V22光敏二极管峰值波长880nm，工作电压＜10V, 暗电流≤0.2µA23光敏三极管峰值波长880nm，工作电压≤10V, 暗电流≤0.3µA24半导体激光器波长635nm，功率1-3mw25硅光电池光谱响应覆盖420～675nm，光敏区不小于7.34 mm226 相敏检波、移相、滤波

五、实验项目1．金属箔式应变片单臂电桥性能实验2．金属箔式应变片半桥性能实验3．金属箔式应变片全桥性能实验4．金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验5．金属箔式应变片温度影响实验 6．直流全桥的应用——电子秤实验7．交流全桥的应用——振动测量实验8．扩散硅压阻压力传感器的压力测量实验9．差动变压器的性能实验10．激励频率对差动变压器特性的影响实验11．差动变压器零点残余电压补偿实验12．差动变压器的应用――振动测量实验13．电容式传感器的位移特性实验14．电容传感器动态特性实验15．直流激励时霍尔传感器位移特性实验16．交流激励时霍尔传感器位移特性实验17．霍尔测速实验18．磁电式转速传感器的测速实验19．用磁电式原理测量地震*20．压电式传感器测振动实验21．电涡流传感器的位移特性实验22．被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验23．被测体面积大小对电涡流式传感器的特性影响实验24．电涡流传感器测量振动实验25．电涡流传感器测转速实验*26．光纤传感器的位移特性实验27．光纤传感器测量振动实验28．光电转速传感器的转速测量实验29．利用光电传感器测转速的其它方案*30．集成温度传感器的温度特性实验31．铂电阻温度特性实验32．铜电阻温度特性实验*33．K型热电偶测温实验34．E型热电偶测温实验35. J型热电偶测温实验36．热电偶测量实验37．酒精敏感气敏传感器的原理实验38．湿度传感器的实验39．光敏电阻实验40．光敏二极管的特性实验41．光敏三极管特性实验42．光敏二极管的特性实验43．光敏三极管特性实验六、数据采集卡及处理软件（学生自己可以编程）针对目前市售的传感器实验系统所配的采集器(卡)动态范围太小，分辨率和精度过低的缺点，该数据采集达到了工业级的要求，达到了很高的测量精度和动态范围，接口部分采用USB接口，方便用户的实际使用。该采集器既能满足完全的实验要求，取代现有的仪表显示读数，也可作为科研人员直接的科研开发使用。具体技术指标如下：（提供labview连接数据库和提供组态连接数据驱动，两种软件都能够采集），配套检测所有传感器的信号和增强型模块输入和控制。1、3通道16位输入，最大钳位±20v，必须实现，为了防止烧坏通道。最小分辨率1mv，连续最大采样频率100khz，曲线必须光滑。采样频率可选择1k，10k，200k软件可配置。存储数据可以根据需要进行选择，量程自动切换。2、所有传感器实验采样和控制软件必须用labview采集和控制。软件采集设置可分单步采样、定时采样、双向采样、与动态采样。在单步采样时可以以最小二乘法与端点法分析其最大非线性误差或最大迟滞误差，在动态实验时可以分析其输入波形的频率、振幅或转速。支持打印功能，能把实验结果在实验结束后即可打印出来。采集卡硬件具有程控放大功能，在测量小电压时能有很高精度。分辨率为1mv。学生可以自己编程和调试。

来源：https://www.aiav.com.cn/cgq/db333b.html

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