技术领域
[0001] 本
发明涉及一种教育实训平台装置技术领域，具体的说是一种智能传感器实训装置。
背景技术
[0002] 智能
传感器系统是一
门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术。自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如，它在
机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可
感知各种现象，完成各种动作。
[0003] 在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品
质量指标(例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、
颜色及
味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如
温度、压
力、流量等)，利用神经网络或
专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。
[0004] 随着我国高等教育的改革与发展，各院校越来越重视学生们的实践动手能力、创业能力和技能的培养，而目前高校实验与实训教学平台单一，缺乏创造性和操作性等问题显著存在，要使学生毕业后能真正快速适应企业需要，增加实践教学的课时量，提供实际项目操作模拟现场，以项目实际操作为主线，让学生真正操作项目，才是实践教学的有效改革的方向之一。
[0005] 基于此，针对上述技术中存在的缺点及局限性，本发明提出了一种智能传感器实训装置。
发明内容
[0006] 为了解决上述
现有技术中存在的问题，本发明提供一种一体化、能有效缓解技能实时性、实践性核心问题的智能传感器实训装置。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] 一种智能传感器实训装置，包括
硬件资源系统、
软件资源系统和
支撑资源系统，所述硬件资源系统包括综合实训平台系统和激励源，所述综合实训平台系统包括综合实训平台、工控机模
块、可编程
控制器模块、传感器综合测试平台、传感器套件、
物联网模块、综合应用模块、智能工厂升级互联
接口模块，所述激励源、工控机模块、可编程控制器模块、传感器套件、物联网模块构成智能传感器实训装置的综合控制系统；所述支撑资源系统包括实训室智能管家系统、高清实训录播系统、多媒体系统、实训室智能管理系统、整体文化建设系统；所述硬件资源系统、软件资源系统和支撑资源系统通过综合控制系统相互通讯，所述软件资源系统输出的驱动
信号传输至激励源，所述激励源将
激励信号传输至传感器套件，所述传感器套件与可编程控制器模块连接，所述可编程控制器模块通过传感器套件实时采集被控制设备的数据进行统计分析并传送至工控机模块，所述可编程控制器模块与物联网模块连接进行数据的双向通讯。
[0009] 作为优选，所述硬件资源系统、软件资源系统和支撑资源系统之间通过以太接口相互通讯。
[0010] 作为优选，所述的物联网模块通过zigBee通讯模块、WIFI通讯模块、bluetooth通讯模块、3G/GPRS通讯模块多接口与以太接口相互通讯。
[0011] 作为优选，所述传感器套件内设置有与软件资源系统、激励源相对应的传感器。
[0012] 更进一步地，所述激励源包括小车自动往返系统平台、小车皮带启停控制及
定位系统平台、温湿度监控报警系统平台、
水塔控制系统平台、三相鼠笼式异步
电动机特性测试平台、
太阳能逐日系统、环形带测控实训系统、
气动机械手模型、停车管理系统模型和现代化智能物流分拣系统，各激励源分别与软件资源系统内相应的软件通讯。
[0013] 作为优选，所述传感器综合测试平台包括
电阻应变片模块、差动及霍尔传感器接口模块、电容传感器模块、电
涡流传感器模块、气敏传感器模块、第一信号转换模块、第二信号转换模块、比例运算模块、比较器模块、整流滤波模块和移相相敏模块，各模块分别与可编程控制器模块连接，将采集到的
信号传输至可编程控制器模块。
[0014] 作为优选，所述第一信号转换模块包括温度传感器配套实验的多用电桥实验
电路、I/V转换电路和V/I转换电路，所述第二信号转换模块包括V/F转换电路、F/V转换电路、8路12位A/D转换电路和1路12位基于
单片机的D/A转换电路，满足多种类传感器间的信号识别与传输。
[0015] 作为优选，所述智能工厂升级互联接口单元包括物联网网关拓展接口，物联网网关串口
通信接口，物联网网关USB通信接口，工控机模块2个RS232通信接口，工控机模块RJ45 100M/1000M以太网接口，工控机模块无线网卡接口和工控机模块4个USB通信接口，所述智能工厂升级互联接口模块利用无线传感网络和RFID
射频识别与综合控制系统通讯，使整个系统能够时刻跟进市场最新技术，还能保证软件的升级换代，方便实用。
[0016] 作为优选，所述支撑资源系统连接到的每一个实训室的控
制模块分为管理员端、教师端和学生端，便于使用者的管理。
[0017] 本发明的有益效果是：本发明实现了一体化的功能，且各大系统之间既能相互独立完成特定功能，独立检测、处理、分析、相关数据，执行各自工作，又能相互配合形成大系统，综合检测、综合处理、综合分析有关数据的功能，实现工业工程环境真实模拟，解决工业工程环境中的实际技术问题。
附图说明
[0018] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明。
[0019] 图1是本发明综合实训平台系统结构图；
[0020] 图2是本发明智能工厂升级互联接口单元的系统
框图；
[0021] 图3是本发明实训室智能管理系统中管理员端的系统框图；
[0022] 图4是本发明实训室智能管理系统中教师端的系统框图；
[0023] 图5是本发明实训室智能管理系统中学生端的系统框图。
具体实施方式
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025] 作为本发明的一个较佳的实施例：
[0026] 结合图1至图5，一种智能传感器实训装置，包括硬件资源系统、软件资源系统和支撑资源系统，所述硬件资源系统包括综合实训平台系统和激励源，所述综合实训平台系统包括综合实训平台、工控机模块、可编程控制器模块、传感器综合测试平台、传感器套件、物联网模块、综合应用模块、智能工厂升级互联接口模块，所述激励源、工控机模块、可编程控制器模块、传感器套件、物联网模块构成智能传感器实训装置的综合控制系统；所述软件资源系统包括智能传感器结构仿真软件、智能传感器实验原理仿真软件、智能传感器
数据采集及分析软件、智能传感器组态监控软件、智能传感器物联网实训软件、智能传感器
云端监控APP和智能工厂接口驱动程序；所述支撑资源系统包括实训室智能管家系统、高清实训录播系统、多媒体系统、实训室智能管理系统、整体文化建设系统；所述硬件资源系统、软件资源系统和支撑资源系统通过综合控制系统相互通讯，所述软件资源系统输出的驱动信号传输至激励源，所述激励源将激励信号传输至传感器套件，所述传感器套件与可编程控制器模块连接，所述可编程控制器模块通过传感器套件实时采集被控制设备的数据进行统计分析并传送至工控机模块，所述可编程控制器模块与物联网模块连接进行数据的双向通讯。
[0027] 所述激励源包括小车自动往返系统平台、小车皮带启停控制及定位系统平台、温湿度监控报警系统平台、水塔控制系统平台、三相鼠笼式异步电动机特性测试平台、太阳能逐日系统、环形带测控实训系统、气动机械手模型、停车管理系统模型和现代化智能物流分拣系统，各激励源分别与软件资源系统内相应的软件通讯。
[0028] 所述传感器综合测试平台包括电阻应变片模块、差动及霍尔传感器接口模块、电容传感器模块、电涡流传感器模块、气敏传感器模块、第一信号转换模块、第二信号转换模块、比例运算模块、比较器模块、整流滤波模块和移相相敏模块。各模块分别与可编程控制器模块连接，将采集到的信号传输至可编程控制器模块。电阻应变片模块提供标准350欧姆应变传感器实验电桥，可实现单、双、全桥实验功能，电阻应变便传感器固定于模块上，一体式设计，减少不必要的
连接线确保实验效果线性稳定，电阻应变传感器：0-500g。差动及霍尔传感器接口模块提供差动
变压器传感器实验电路接口，可配套完成多种补偿电路测试实验，提供霍尔传感器实验电路接口，可完成直流激励、交流激励电路测试实验，差动传感器的量程大于或等于5mm。电容传感器模块提供500KHz脉冲调制信号，可配套完成电容传感器实验，提供电容传感器实验电路接口，可完成电容传感器的C/V转换，电容传感器的量程大于或等于5mm。电涡流传感器模块提供电容三点式振荡调制电路、∏型
检波器电路、射极
电压跟多电路配套完成电涡流传感实验，电涡流传感器的量程大于或等于3mm。气敏传感器模块的技术指标为酒精类为10～1000ppm，二
氧化
碳为0～10000ppm，空气湿度中电容式为检测范围10％～95％，误差为5％，单总线为20～100％RH。第一信号转换模块提供温度传感器配套实验的多用电桥实验电路，输入电阻范围为40欧姆～120欧姆，提供I/V转换电路，
电流转换范围为100uA～100mA，转换输出范围为0～10V，同时可将标准的工业传感电流信号如0～20mA或4～20mA转换为标准的0～5V或者0～10V，提供V/I转换电路，电压转换范围或者0～10V，转换输出范围0～20mA或4～20mA。第二信号转换模块提供V/F转换电路，转换范围0～10V/0～10KHz，可根据实验需求调整，提供F/V转换电路，转换范围0～10KHz/0～10V，可根据实验需求调整，提供8路12位A/D转换电路，转换范围0-5V，提供1路12位基于单片机的D/A转换电路，转换范围0-5V。比例运算模块提供仪表放大电路，差分放大，放大倍数3～300，提供标准差分放大电路，放大倍数1、2、5、10可选，带调零功能，提供标准比例放大电路，放大倍数1、2、5、10可选，同时可实现1～10倍连续可调放大，电压跟随放大功能，扩散
硅压阻式
压力传感器：0-20Kpa，0.5％。比较器模块提供标准电压比较电路，参考电压可调，同时可实现滞回比较电路，提供标准窗口电路，可实现窗口高电平、窗口低电平功能。整流滤波模块提供二级有源低通滤波电路，提供电荷放大电路，提供精密整流电路，
压电传感器的谐振
频率≥10KHz。移相相敏模块提供
移相器电路，提供相敏检波电路。
[0029] 传感器应用培训单元配置的具体参数如下：
[0031] 探测距离：3m；
[0033] 工作电压：DC12V；
[0034] 输出电流：1A；
[0035] 响应时间：≤40ms；
[0037] 检出方式：电容式(金属和非金属)；
[0038] 检测距离：5mm(毫米)可调；
[0039] 工作电压：DC 6-36V；
[0040] 输出形式：三线常开NPN；
[0041] (3)电感式接近开关
[0042] 检出方式：金属；
[0043] 检测距离：4MM《毫米》；
[0044] 工作电压：DC 6-36V通用；
[0045] 输出形式：直流二线，常开；
[0046] (4)红光对射式传感器
[0047] 探测距离：3cm；
[0048] 工作温度：-10～+55℃；
[0049] 工作电压：DC12V；
[0050] 输出电流：200mA；
[0051] 响应时间：≤3ms；
[0052] (5)激光对射式传感器
[0053] 工作电压:DC10-30V；
[0054] 负载电流:200mA；
[0055] 检测距离:0-20米；
[0056] 工作温度:-25-60℃；
[0057] 响应时间:2ms；
[0058] 光斑直径:1.5MM以内。
[0059] (6)液位计传感器
[0060] 测量范围：0-0.2米；
[0061] 最大过载：不超过管长；
[0064] 负载电阻：≤500Ω；
[0065] (7)液位差计传感器
[0066] 测量范围：0-0.2米；
[0067] 最大过载：不超过管长；
[0068] 精度等级：0.5％F·S
[0069] 电源电压：24VDC；
[0070] 负载电阻：≤500Ω；
[0071] (8)RFID传感器
[0072] 工作电压：5V；
[0073] 工作电流：<100mA；
[0074] 工作模式：主动读卡号、数据块；
[0075] 工作频率：13.56MHZ；
[0076] 支持协议：ISO14443A；
[0077] (9)压力传感器：0-20Kpa，0.5％；
[0078] (10)电阻型位移传感器
[0079] 电阻应变传感器：0-500g,电阻采用桥式350欧姆
[0081] (12)微脉冲型位移传感器；
[0082] (13)温度传感器
[0083] 测温范围：室温～200度；
[0084] 长度：50mm；
[0086] 管径：6mm；
[0088] 测温范围：0-99.9％RH；
[0090] 精度：±3％RH；
[0092] 性能：600脉冲/转；
[0093] 工作电压：DC5-24V；
[0094] 电气响频20K/秒,综合转速2000转/分钟。
[0096] 高速检测：大于20KHZ；
[0097] 使用电压范围广：4-24V；
[0098] 最大输出电流：20mA，内置
短路保护功能；
[0100] 阻值：电阻型，5K；
[0101] 阻值误差:±15％；
[0102] 理论电气转角:345°±2°；
[0103] 分辨率:无限；
[0104] 机械转角:360°(连续)；
[0105] 独立线性精度:±0.5％；
[0106] (18)电压传感器
[0107] 测量范围:AC 0-220V(20～5KHz)；
[0108] 输出:DC 0-5V；
[0109] 线性度：0.1％；
[0110] 准确度：0.5％；
[0111] (19)电流传感器
[0112] 测量范围:AC2A(20～5KHz)；
[0113] 输出：DC4-20ma；
[0114] 线性度：@Ipo＝0±Ipn≦0.2％FS。
[0115] 所述智能工厂升级互联接口单元包括物联网网关拓展接口，物联网网关串口通信接口，物联网网关USB通信接口，工控机模块2个RS232通信接口，工控机模块RJ45 100M/1000M以太网接口，工控机模块无线网卡接口和工控机模块4个USB通信接口，所述智能工厂升级互联接口模块利用无线传感网络和RFID射频识别与综合控制系统通讯，智能工厂升级互联接口单元是智能传感器实训平台的组成部分之一，以传感器为
基础，将无线传感网络、RFID射频识别等技术融入到实训平台中，结合各种主流物联网通信方式：ZigBee，Wi-Fi，Bluetooth，3G/4G/5G/GPRS，打造物联网实训多种接口通讯方式，为学校“大平台”实训提供基本接口。
[0116] 所述支撑资源系统中的实训室智能管家系统采用智能高清摄像头设备，安装过程利用最新的二维码技术和无线网络，极为方便简单，无需布线，不用担心复杂的IP设置，利用手机APP扫描二维码即可完成安装过程。在设备衔接上更是支持多通道模式和多用户模式，一台手机可同时添加多个安全卫士设备，也可支持在手机、电脑、PAD等多平台观看操作。同时一台安全卫士也可支持多个用户同时使用，校领导和任课老师之间共享，同时
访问实时影像。功能上融入各种移动通讯视频监控，远程报警，双向语音，超强夜视等功能，通过其强大的APP软件，可在智能手机上实现摄像头左右355度、上下90度无死角调节与智能巡航，同时监控，抓拍，录制。并随时掌上控制，可随时打开或关闭报警功能，也可随时实现双向语音对讲。设备采用100万夜视高清摄像头，画质上分辨率高达1280*720，带来更高一级的画质体验，并采用最新的H.264高清编码技术，使优良画质与最好压缩比完美结合。网络传输最低可达4KB/S，对网络带宽要求低，在2M宽带和2G网络下都能流畅的传输图像。实训室智能管家带有强大的感应功能：一旦有人非法入侵时，摄像头会立即通过“移动监测”监测机制探测到，并将报警信息第一时间推送至用户手机，使用户可以立即获取这些信息。先进的
图像处理技术保证监测的准确性。另外，IR-CUT功能能自动感应光线变化，在光线不足时自动开启红外夜视功能，弱光和无光的环境，也能显示清晰的图像。
[0117] 所述实训室智能管理系统根据使用权限分为管理员、教师和学生端，它们又可以都分为基础管理、教学管理，系统不仅可以对实训室进行日常的管理，还可以在学生实训的过程中，引导学生有序地开展实训，以及学生实训过程进行监管，确保实训教学的顺利进行。在进行实训室教学管理时，还根据高教和职教的教学特点合理安排了学生做实训的具体流程。根据这个流程教师可以更好的引导学生实验，集数据查询、信息公告、统计为一体，提高管理人员和教师的工作效率。
[0118] 对于管理员端，分为教学管理、基本管理和登陆模块，进入教学管理后到达实验课程管理，可以通过实验课程管理对实验课程添加、
修改、删除和查看，基本管理分为公告管理、实验室基础管理、实验室设备管理、用户管理、
数据库备份管理，可以通过公告管理进行添加、修改、删除、查看公告，可以通过实验室基础管理进行修改、查看实验室信息、制度、队伍，可以通过实验室设备管理进行仪器设备、易耗品管理，报废管理，实验室日志查看，可以通过用户管理进行教师和学生信息的添加、修改、删除、查看以及个人基本信息修改和个人密码修改，可以通过数据库备份管理进行数据库的备份和还原。
[0119] 对于教师端，分为教学管理、基础管理和登陆模块，教学管理分为实验流程管理、实验机位管理、实验课程查看，实验流程管理分为高教实验流程管理和职教实训流程管理，通过高教实验流程管理，可以进行实验选择，上传实验报告模板，教师上传课件、介绍理论知识，教师上传课件、介绍实验知识，开始实验、教师监控实验状态，批阅实验报告，学生成绩录入，通过职教实训流程管理，可以进行实验选择、项目导入、上传学习任务、上传操作指导、实训状态监控、教师评分，通过实验课程查看可以预览跟查看，基础管理分为实验室简介、实验室日志、公告与交流、用户管理，通过实验室简介可以查看实验室信息、制度、队伍，通过实验室日志可以添加、查询、删除日志信息和仪器设备查看，通过公告与交流可以进行公告管理跟在线交流，通过用户管理可以进行个人基本信息修改、个人密码修改、学生信息查询。
[0120] 对于学生端，分为教学管理、基础管理和登陆模块，对于教学管理分为实验流程管理、实验签到、实验课程查看，实验流程管理分为高教实验流程管理和职教实训流程管理，通过高教实验流程管理和职教实训流程管理，可以进行实验签到，下载实验报告模板，通过课件查看理论知识，通过课件查看实验知识介绍，开始、结束实验时间，监控实验数据，填写并上传实验报告，查看个人成绩，实验签到可以进行签到登记，实验课程查看可以进行预览、查询，对于基础管理分为实验室简介、公告与交流、用户管理，通过实验室简介可以查看实验室信息、制度、队伍，通过公告与交流可以公告查看和在线交流，通过用户管理可以进行个人基本信息修改和个人密码修改。
[0121] 所述整体文化建设系统是为了使实训室科学、和谐的环境氛围，有利于提高学生的科学素养和实事求是的作
风，能激发学生的探索欲望，培养学生的创新神和实践能力；有利于培养学生良好的行为习惯，提高道德素养。为了营造良好的实训室文化氛围，整个文化建设要全面考虑如下因素：(1)应结合该实训室内实训设备特点，体现科技尖端思维；(2)图例和文字应对应该专业将来的就业岗位或工作流程，体现实训内容；(3)要体现安全操作常识和设备使用规则；(4)学生典型案例、优秀标杆以及优秀作品的公示和宣传，提高学生荣誉感和上进心；(5)图要多，文字要精练。
[0122] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
