感測器綜合實驗臺

本感測器試驗檯將承擔本校機械電子工程專業、機器人工程專業、汽車服務工程專業、電氣工程與智慧控制專業、智慧電機與電器專業和機械製造專業的感測器課程實驗。所以，實驗裝置應能包含對運動、力學、電、溫度、壓力、流量、光電、聲音等物理量的測試，應包含能實現電機控制、運動、視覺、電力、自動化裝置、機械加工、汽車感測器、物聯網等多種應用。要求感測器必須是真實的工業感測器，其種類越多越好，型號越新越好，與現實中使用的感測器越一致越好，以滿足上述各專業的不同需求，適應《感測器原理及應用》等課程的實驗教學。

1、該系統由主控屏、測試源、變送單元、電機、感測器、訊號資料採集卡及處理軟體、解碼器、感測器綜合應用單元、真彩液晶觸控式螢幕、氣壓源、嵌入式cortex-M4開發系統、虛擬儀器（16通道和4路邏輯分析儀）、虛擬訊號發生器、乙太網通訊、實驗臺桌等組成。配套軟體：LabVIEW。

2、變送單元由感測器、變送器、電源組成。對實驗進行訊號的採集和控制，並給測試源提供電源。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：與壓電加速度感測器配套使用。測量範圍15000（ms-2。壓電加速度感測器動態響應範圍：0.2~8kHz。

（3）稱重變送器：量程：0-20kg，精度0.5級。

（4）轉速輸出變送器：由調速電機、光電轉速感測器、轉速盤、轉速控制板等組成，閉環控制。量程：0-2800r/min。

（5）電氣工程變送單元：由測速發電機、交流單相電機、交流電壓表、交流電流表組成。伺服電機：AC220V,伺服電機驅動器介面含增量型光電編碼器2500線，驅動埠、顯示板。

（6）渦流變送器：輸出範圍0---10V, 響應頻率：0—10KHZ 。

3、感測器綜合應用單元至少包括：溫度檢測單元；智慧製造環形生產線單元；機械電子測量單元；智慧控制物聯網感測器應用單元；智慧小車自動運行與控制檢測單元；汽車感測器檢測應用單元；六自由度機械手臂目標抓舉與識別人工智慧控制單元；基礎感測器檢測單元；電機控制應用單元。

溫度檢測單元由溫度控制裝置和溫度感測器組成。溫度控制裝置採用電阻加熱棒模組，組成雙孔加熱乾井。還包括冷卻風扇、加熱調壓模組，加熱指示、冷卻指示，PID控溫。溫度測量解析度至少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組。熱源輻射成像感測器應用與程式設計，配置至少4.5寸螢幕顯示。溫度感測器元件至少包括：

①AD590整合溫度0--120℃；

②K型熱電偶溫度感測器：0--450℃

③E型熱電偶溫度感測器：0--450℃

④熱電偶溫度補償器：K型熱電偶

⑤PT100溫度感測器0--450℃

⑥紅外熱成像感測器：畫素尺寸32*24；檢測精度：±1℃；重新整理速率：0.5-64Hz；目標溫度：～+300℃；熱成像溫度檢測，熱源輪廓影象顯示。

⑦紅外非接觸感測器感測器：檢測距離：～5mm探測距離：工作溫度：-10～+55℃；

環形生產線模型通過調速電機改變環形生產線運行速度，可對工件進行線上動態檢測，通過顯示面板顯示各資料。至少使用以下6種感測器：

①對射式光電開關感測器，檢測距離5m，常開型，NPN電晶體輸出輸出。

②霍爾接近開關感測器，檢測距離10mm，可檢測永磁體，常開型，NPN電晶體輸出輸出。

③電感接近開關感測器，檢測距離4mm，常開型，NPN電晶體輸出輸出。

④電容接近開關感測器，檢測距離2mm，常開型，NPN電晶體輸出輸出。

⑤顏色感測器，焦距14.5mm±3mm，紅、藍、綠三色光源，自動選擇適用光源。

⑥通用安全光幕感測器：檢測距離：0.3～5m，繼電器輸出型。（3）

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行偏轉撓性檢測。用壓電變送器和感測器測量運行振動、以及轉速平穩度、噪聲。監測轉子軸振動、李沙育分析圖表、頻譜圖，對檢測結果分析。感測器至少包括：

①光電開關感測器：轉速測量—3000轉/分

②齒輪轉速感測器：測量範圍～20kHz，脈衝輸出訊號。

③電渦流感測器：量程3mm，靈敏度8mA/mm，該感測器同型號2只含變送器。

④振動速度感測器:固有頻率10Hz，阻尼0.4，失真度小於6%。

⑤壓電加速度感測器:由加速度感測器和電荷放大器組成。.靈敏度50mV/g，頻率範圍：0.5-100Hz（±10%），解析度0.0005g。測試臺振動頻率5---100Hz連續可調。

⑥六軸陀螺儀感測器，由高精度陀螺儀、加速度計、地磁場感測器組成,具有計算機程式設計與埠，資料檢測上位機頻譜分析功能。

基於WiFi-mesh自組網平臺，主機板集成了A/D轉換、SD card, UART, SPI, SDIO, I2C, PWM、藍芽射頻等。支援多路感測器，支援控制端的開發與程式設計應用。Zigbee自組網支援模組的無線定位功能；WiFi-mesh組成的無線感測器網路，可將感測器參數通過通訊模組與移動端互聯，實現無線測量的方法與實現的設計實驗；也可通過4G模組聯網搭建物聯網平臺，實現遠端監測的功能。至少包括一下硬體和感測器：

1) 4G模組：ME909s華為海思晶片，Cat4 LTE工業級M2M無線模組，具有標準Mini PCIe形態，支援下行150Mbps，上行50Mbps的傳輸速率，支援包括FOTA、USSD、IPV6/IPV4等協議。

2) Linux系統平臺：ARM Cortex-A72 1.5GHz（四核）處理器，2GB運行記憶體，32GB儲存記憶體，支援千兆乙太網，WiFi2.4G/5G，藍芽5.0，雙路HDMI等。

3) 液晶螢幕：7英寸IPS廣視角電容屏，支援HDMI輸入。

4) 紅外熱成像感測器：3.3V供電電壓，畫素尺寸：32x24，重新整理速率0.5Hz~64Hz，測量原理：噪聲等效溫差(NETD)，目標溫度：-40℃ ～300℃。

5) 非接觸式紅外測溫感測器：供電電壓3.3V，目標溫度：-70℃ ～380℃，支援I2C通訊協議。

6) 紅外熱釋電感測器：工作電壓3-12V，延時時間2s，感應範圍2-5米，≤120度錐角，工作溫度-20℃ ～60℃。

7) 毫米波雷達感測器：24GHz毫米波，抗干擾能力強，發射功率9dBm，探測距離8-10米，探測角度水平±57°，垂直±24°.

8) 溫溼度感測器：由NTC熱敏電阻以及溼敏元件構成，單匯流排通訊協議，溼度檢測精度±5%RH（5-95%RH），溫度檢測精度±2°C（-60°C）。

9) 微波感測器：寬電壓工作範圍4-28V供電，探測距離5m左右。

10) 光照感測器：靈敏度570nm，±60°靈敏度角度，支援抑制紅外線（IR）光譜。

11) 可燃氣體感測器：探測範圍:300～10000ppm，靈敏度:R in air/R in typical gas≥5，響應時間:≤10s，加熱電流:≤180mA，恢復時間:≤30s。

12) WiFi閘道器：同時支援6路mesh子節點的收發測試，與Qt上位機通過串列埠完成資料的本地通訊，並完成雲端遠端的物聯網伺服器的搭建。

模擬汽車自動駕駛巡檢。可分別通過自動模式、手動模式或手機app來控制小車四個車輪各自運動，可完成前後左右移動和視覺雷達導航等任務。可使用安卓手機APP或液晶螢幕的方式完成對小車未知環境地圖的實時構建與監控。感測器至少包括：

①三軸振動感測器，通過高精度陀螺儀進行模擬車輛的振動情況，並將三軸角速度實時通過串列埠輸出到微控制器進行分析處理，通過液晶螢幕顯示出來。

②鐳射雷達感測器，通過360度全景鐳射雷達感測器，和Linux遠端上位機完成移動小車相關SLAM應用，並通過建模的方式對未知環境進行室內建圖、定位、避障、導航等。

③UWB定位系統，通過不同基站的設定，模擬定位小車在運動中的實時軌跡路線任務。

④深度視覺攝像頭，通過深度視覺攝像頭完成模擬小車的自主導航與動態避障的功能。

⑤GPS北斗感測器，通過GPS北斗感測器完成室外的GPS定位任務。

⑥里程感測器模組，通過里程感測器實時反饋模擬小車移動距離，通過PID進行軌跡的實時矯正。

汽車感測器採用標準的車用應用感測器。至少包括：

①扭矩感測器，—5000N.M

②空氣流量感測器

③進氣壓力感測器，測壓範圍0.2bar-1.0bar。

④進氣溫度感測器，溫度範圍：-40-130。

⑤節氣門位置感測器，0-5V。

⑥齒輪輪速感測器，霍爾式、磁電式。

⑦爆震感測器，頻率範圍：3-18kHz，輸出>17mv/g。

⑧雨水檢測感測器，檢測雨水—300滴。

⑨窄帶氧感測器。

⑩曲軸位置感測器。

Ai智慧控制平臺是基於6自由度的機器手臂作為教學平臺完成實驗功能，機械臂包含6個數字舵機，可以至少通過支援PS2手柄、PC上位機、語音識別、影象識別等方式完成對機械手臂的抓取及相關操作，利用AI技術賦能將傳統的機械手臂智慧化，完成物件識別、抓舉、庫存位置倉儲分揀（不少於8個庫位）功能。

硬體平臺基於AVR核心處理器設計，多處理器IO介面可以同時驅動配合完成串列埠單元驅動指令的接收和六軸舵機的控制，完成硬體端機械臂操作。

軟體平臺基於Qt設計的定製化上位機客戶端，客戶端搭載在一款10寸1080P高清中控平臺，6G+128G儲存，解析度：1920*1080p。機器視覺感測器模組功能箱：目標識別、六自由度機械手抓舉，目標庫位放置，實現視覺+語音+機械臂組合智慧控制功能。系統功能如下

①瞭解深度學習AI技術在視覺、語音中的實現原理，並通過驅動硬體的形式完成從理論到實踐的過程，達到學以致用的目的；

②通過該平臺讓操作者可以模擬實際場景中機械臂的智慧控制方案，讓學生可以通過實際動手操作接觸電子設計，瞭解各硬體部分的工作原理、資料的通訊方式，和AI技術基本應用。

③基於目標識別，結合語音和視覺的技術，實現六自由度機械手抓舉操作，機械臂抓取目標庫不少於8個。

系統組成：

①6自由度的機器手臂，整體機械臂採用鋁合金支架結構，採用LDX-218進口電位器，支援6路PWM舵機介面，包括正逆運動學分析，支援防燒防堵轉功能，會自動斷電停止工作，啟動自我保護機制，通過上位機和相關演算法，操作機械臂執行預定軌跡。

②機械臂控制模組：基於AVR核心處理器設計，具備多路IO介面，配備I2C、SPI、USART等通訊介面，實現上位機的指令通過串列埠對下位機機械臂的控制.

③中控平臺：Intel Apollo Lake N3450，X86 Goldmont架構設計，運行主頻1.1GHz支援WiFi 2.4G/5G + Bluetooth 4.0，Intel HD Graphics 500通過定製開發的智慧控制上位機系統，實現視覺+語音+機械臂組合智慧控制功能。

④工業攝像頭：基於UVC協議的免驅視覺攝像頭，解析度720P，USB介面連線方式，實現視覺的影象、二維碼、灰度、二值化、特徵點識別實驗；以及利用演算法實現對人臉資訊的錄入、訓練和識別的相關實驗操作。

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

①XSM轉速測量控制儀：顯示編碼盤速度、傳輸波形，頻率響應0—8KHz。

②光柵感測器系統：光柵感測器50線每毫米，長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於20cm，光柵尺出射面距光電接收管不小於20cm，光柵採用具有夾角組合式的透射光柵。組裝感測器位移測量，4細分波形檢測埠，4微分波形埠檢測模組，光柵玻璃尺主尺光柵、副尺光柵可自行安裝偵錯。

③絕對型光電編碼器：單圈解析度16384。絕對型光電編碼器偵錯旋轉輸出波形檢測。

④增量型光電編碼器：1024線，增量型編碼器偵錯旋轉輸出波形檢測。

⑤光電轉速感測器：動作距離0.1～1m；工作距離: Sn×80％；響應頻率：500Hz.

⑥調速電機：輸出每分—3000轉。

⑦測速發電機

⑧交流伺服電機

⑨單相交流電機

管理員許可權設定，學生登入密碼設定，批量匯入匯出學員分配登入密碼，憑賬號雲登入，隨時學習。感測器實驗室多媒體教學虛擬模擬及管理系統，包括狀態監控、虛擬模擬軟體、感測器三維結構，學生的開放實驗室管理系統等。

教師管理系統模組應包含：在教課程，在教班級，學員問答，學員話題，試卷批閱，作業批閱，教學資料庫等功能模組；提供可選的學習模式：自由學習或解鎖關卡，可以設定學習有效期，任務完成規則可設定：無限制或由任務完成條件決定；設定提供的相應承諾文件、PPT、討論、考試、作業、練習、下載資料。

支援課程檔案的新增、課程試卷的創建、課程題庫的創建等操作，課程題庫應該包含：單選題、多選題、問答題、不定項選擇題.可以自定義新增課時、新增章/節；自定義內容為圖文、音訊、討論、考試、作業、練習、下載資料等，並設定詳細內容，同時提供內容釋出、設定預覽、是否選修等操作。

提供學生成績單及作業成果下載介面，方便檔案歸檔及備份。

能開設的實驗項目越多越好。能夠向學生提供開放性實驗越多越好。

（1）

1、 感測器的訊號類型認識基礎實驗

2、 氣體壓力變送器應用實驗

3、 壓電適配變送器應用實驗

4、 稱重變送器應用實驗

5、 轉速輸出變送器應用實驗

6、 電氣工程變送單元單相電機檢測與控制實驗

7、 電氣工程實驗應用實驗

8、 測速發電機應用實驗

9、 感測器不同檢測物件模型應用實驗

10、 檢測儀表應用設定與應用實驗

11、 振動測試測試實驗

12、 嵌入式乙太網、邏輯分析儀虛擬儀器應用實驗

13、 感測器的接線幾種類型二線制，三線制，四線制、模擬教學實驗

14、 多種感測器在工業測量與控制中的應用，採用工業感測器，標準的訊號輸出

15、 綜合應用嵌入式測控、機電控制、自動化控制實驗

（2）

1、 溫度控制實驗

2、 電流型溫度特性測量實驗

3、 電壓型溫度特性測量

4、 AD590整合溫度IC溫度特性測量；

5、 K,E型熱電偶溫度特性測量；

6、 熱電偶溫度補償實驗

7、 溫度控制爐、PT100、K型熱電偶、E型熱電偶

8、 熱源成像實驗支援二次開發實驗

9、 熱成像感測器對爐溫、環境溫度、體溫非接觸測量應用

10、 紅外熱成像Qt上位機檢測實驗

11、 紅外非接觸感測器感測器實驗

（3） ：

1、 對射式光電開關感測器實驗

2、 霍爾接近開關感測器實驗。

3、 電感接近開關感測器實驗

4、 電容接近開關感測器實驗

5、 顏色感測器紅、藍、綠檢測設定實驗

6、 通用安全光幕感測器應用實驗

7、 光電門感測器測試應用實驗

（4）

1、 壓電振動測試實驗

2、 三維力感測器：X,Y，Z力學機構感測器模型三維測試

3、 齒輪感測器檢測與測量

4、 轉速測量與控制實驗

5、 溫度測量與控制實驗

6、 轉子臺轉動振動、噪聲測量檢測

7、 光電轉速測量

8、 電渦流感測器的測量有應用實驗

9、 李沙育波形圖檢測採集實驗

10、 交流感測器供電應用實訓

11、 拉壓力變送調節與測量

12、 電渦流感測器的應用測量

13、 壓電加速度感測器的應用測量、資料採集分析

14、 利用渦流感測器及變送器來實現軸心軌跡的檢測

15、 利用壓電加速度感測器及變送器來實現振動的檢測

（5）

1、 7寸液晶顯示屏感測器觸控顯示檢測實驗

2、 熱釋電感測器檢測模型應用

3、 光電式感應烘乾吹手機

4、 人臉識別檢測應用

5、 光照強度應用

6、 遠端開關應用與控制

7、 微波檢測實驗

8、 刷卡門禁應用實驗

9、 觸控式螢幕雲控感測器物聯網應用

10、 溫度感測器檢測與螢幕展示

11、 溼度感測器應用與螢幕展示

12、 4G聯網應用實驗

13、 紅外鐳射測距應用

14、 非接觸式紅外測溫應用

15、 紅外熱成像智慧檢測系統實驗

16、 光強度檢測試驗

17、 超聲波感測器位移檢測工作電壓：DC15V；測量量程：～100cm。

18、 光電影象DSP識別處理模組：光電微影象檢測，開放原始碼，資料庫設定與儲存。大容量FLASHROM和標準USB介面組成。

19、 藍芽：完成藍芽模組與客戶端之間的低功耗通訊實驗，以及對外圍硬體完成應用測試配置。

20、 Zigbee模組：基於Zigbee的多節點定位系統，可在空曠環境中完成位置定位的功能，定位引擎裡使用的定位演算法是利用zigbee晶片接收訊號強度值（RSSI）隨著距離的增加而遞減的原理。

21、 非接觸紅外測溫感測器無線檢測實驗

22、 毫米波雷達感測器無線檢測實驗

23、 溫溼度感測器無線檢測實驗

24、 微波感測器無線檢測實驗

25、 繼電器模組無線控制實驗

26、 光源模組無線控制實驗

27、 智慧感測器瀏覽器終端監測實驗

28、 智慧感測器內網穿透瀏覽器監測實驗

29、 多路控制單元創新實驗

30、 多感測器智慧檢測創新實驗

31、 基於ZigBee多節點定位監控實驗

32、 基於ZigBee無線感測器監測實驗

33、 基於ZigBee無線繼電器控制實驗

34、 基於藍芽模組無線感測器監測實驗

35、 基於藍芽模組無線繼電器控制實驗

36、 基於WiFi-mesh網路作為無線感測器網路通訊實驗

37、 基於Linux系統的4G物聯網監測實驗

（6）

1、 三軸振動感測器應用實驗

2、 通過高精度陀螺儀進行模擬車輛的振動通過液晶螢幕顯示採集實驗

3、 鐳射雷達感測器應用實驗

4、 通過360度全景鐳射雷達感測器，通過Linux遠端上位機完成移動機器人相關SLAM應用，並通過建模的方式對未知環境進行室內建圖、定位、避障、導航實驗。

5、 uwb定位實驗

6、 機器人軌跡路線圖示實驗

7、 深度視覺攝像頭應用實驗

8、 通過深度視覺攝像頭完成模擬小車的自主導航與動態避障測試實驗

9、 GPS北斗感測器應用實驗

10、 通過GPS北斗感測器完成室外的GPS定位測試實驗

11、 可使用安卓手機APP或液晶螢幕的方式完成對機器人未知環境地圖的實時構建與監控。

12、 里程計模組

13、 通過里程計感測器實時反饋模擬小車移動距離，通過PID進行軌跡的實時矯正

14、 14、AI智慧環境搭建實驗

（7）

1、 扭矩感測器應用實驗

2、 空氣流量感測器實驗

3、 進氣壓力感測器檢測實驗

4、 進氣溫度感測器檢測實驗

5、 節氣門位置感測器位置檢測實驗

6、 汽車齒輪速度感測器霍爾式、磁電式

7、 爆震感測器測試實驗

8、 雨水感測器檢測實驗

9、 氧感測器汽車窄帶氧感測器檢測實驗

10、 曲軸位置感測器模擬曲軸位置檢測實驗

（8）

1、二維碼識別：可以使用模組上的二維碼一側或使用手機或者打印出來的二維碼通過攝像頭進行識別，並將所讀資訊通過視訊框中顯示實驗。

2、數字識別：可以使用模組上的數字一側通過攝像頭進行識別，並將所讀資訊通過視訊框中顯示實驗。

3、字母識別：可以使用模組上的字母一側通過攝像頭進行識別，並將所讀資訊通過視訊框中顯示實驗。

4、目標檢測識別：通過放置在實驗箱中模組上的不同種類物體，如水果、動物、交通工具等12種物體進行目標檢測識別實驗。

5、人臉識別：利用攝像頭完成人臉的資訊錄入、模型訓練、人臉識別的三個環節，完成一體化的人臉識別流程實驗。

6、視覺影象的灰度處理、二值化處理、輪廓識別處理、特徵點匹配等智慧演算法的理論學習和實踐操作實驗。

7、利用離線識別技術，可以通過中控平臺的麥克風錄入相關內容，控制機械臂將不同區域的物體完成倉位移動任務。

8、可以通過上位機軟體中的手動控制命令完成對六路數字舵機的獨立控制，瞭解舵機的驅動原理和實現過程；舵機自由度的概念與應用；以及組合控制中多路舵機並行控制等實驗操作。

9、可以通過語音對機械臂六軸進行獨立控制。

10、六自由度機器手臂每軸偵錯控制實驗

11、 六自由度機器手臂語音識別與視覺結合實驗

12、 六自由度機器手臂與人臉識別聯動實驗

13、 基於Opencv人臉錄入與識別實驗

14、 基於機器視覺的影象、二維碼、灰度、二值化、特徵點識別實驗

15、 機器視覺引導定位實驗

16、 支援人臉錄入、模型訓練、識別過程的操作實驗

17、 二次開發相關實驗：

18、 操作者可以結合需求對視覺、機械臂控制方面，結合對應的操作演示視訊進行後續的二次開發，降低了開發難度，縮短了實驗建立週期，可程式設計設計實驗功能，方便學習。提供AI人工智慧軟體學習包，二次開發包。

（9）

1、 XSM轉速測量控制儀轉速測量控制實驗

2、 光電轉速感測器測轉速實驗

3、 電氣控制電機實驗

4、 光柵、光電編碼器碼盤原理衍射實驗具有清晰可見的光柵玻璃材質元尺（主尺和副尺）夾角可調，有效長度不小於莫爾條紋清晰100mm.

5、 絕對式光電編碼器的應用測量

6、 增量式光電編碼器的應用測量

7、 光柵感測器實驗

8、 測速發電機應用實驗

9、 電機啟動電壓、電流檢測實驗

10、 交流伺服電機驅動應用實驗

11、 伺服電機速度測量實驗