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    多技艺整合的车用感应装置和执行装置实用体系研发
    来源:本站 作者:admin 发布日期:2015-5-19 点击次数:1183

    1多技术在车用传感器与执行器实训系统中的应用

      11无线传输技术在车用传感器与执行器实训系统中的应用

      传统传感器与执行器实验室内都有多套相同的传感器开发箱,一般采用教师在课堂上演示学生重复完成的教学模式。这种教学方法需要大量的设备,且教学效果不明显。教学更侧重于原理的验证,而忽略了其应用。学生在课堂上无法根据自身的学习情况,有针对性的了解传感器的原理及应用。

      采用无线传输技术的传感器与执行器实训系统将能有效的避免这种情况的发生,如所示。

      实训系统上有着不同的车用传感器与执行器模块,这些模块可以开展“远程学习”(即中的“远程协助”) ,“电路连接”,“传感器(或执行器)检测”以及“能力拓展”等多项任务。

      学生在学习《车用传感器与执行器》课程时,教师按照“行动导向”教学法,在进行学生分组后,布置当次课的工作任务。由于车用传感器与执行器实训系统上的传感器与执行器元件均不相同,因此每个小组所拿到的工作任务也不同:如某一小组进行“节气门位置传感器的结构认识与检测”,某一小组进行“热线式空气流量计的结构认识与检测”等。

      各小组根据各自拿到的工作任务进行分析。实训系统中的“远程协助”功能采用无线收发模块NT - T01A ,各小组学生在讨论后仍不理解传感器原理或执行器原理的情况下,可以按动传感器或执行器模块上的“远程协助”按钮,此时无线收发模块将通过天线将求助信号发送至教师机端的数据采集卡PCI - 6014 ,采集卡在采集到求助信号后,通过串口向虚拟仪器La bVIEW815软件发送信号。此时教师机端将通过投影仪,显示求助小组所拿到的对应传感器或执行器的工作原理、应用以及检修方法。

      各小组学生在理解了传感器或执行器原理之后,需要完成教师布置的工作任务,即完成所拿到的模块中的“自学习”部分内容。所谓“自学习”是指,学生在理解了传感器或执行器原理的基础上,根据所示的模块面板电路图,正确完成“电路连接”以及“元件检测”工作任务,并自行选择相应的执行器模块,正确连接传感器模块与执行器模块,达到“能力拓展”的教学目标。

      12机器人技术在车用传感器与执行器实训系统中的应用

      目前,在国内外机器人作为辅助教学的手段都还不多见。然而,作为辅助教学的一种特殊工具,机器人有着无法比拟的优势。理实一体化教学中,教师为了讲明白某个传感器的结构原理,常常需要在教室中来回走动,这不仅浪费了大量课堂教学时间,同时由于大部分传感器或执行器过小,一些学生不能看清的现象也时有发生。

      基于机器人技术的车用传感器与执行器实训系统可解决这些问题。所示为机器人应用于车用传感器与执行器实训系统的原理图。机器人的机械本体为铝型材制成的箱体,底盘处有两个大功率电机,电机上安装的无线收发模块与数据采集卡进行无线通讯。如所示,教师可通过用Lab2 VIEW编写好的“机器人远程操控软件”在2 km内,远程操控电机的运动以实现机器人前进、后退、转向、停止等动作。

      机器人上方安装有无线摄像头,该摄像头与机器人底盘电机一样,通过无线收发模块与数据采集卡通讯,教师通过机器人远程操控软件可以操控摄像头实现三维六自由度运动。同时,可通过机器人远程操控软件上的“聚焦”按钮,实现视频、图像的放大。

      教师机将接收到的视频信号,经过LabVIEW软件的滤波处理后,清晰地投放于大屏幕上,很好的解决了教师上课频繁走动和学生看不清的教学难题。

      13虚拟仪器技术在车用传感器与执行器实训系统中的应用

      虚拟仪器技术是近年来工控领域广泛采用的技术,由于软件功能强大、编程界面友好,深受编程人员欢迎。车用传感器与执行器实训系统将虚拟仪器技术运用其上,运用其中的高速磁盘流技术、动态链接库技术等处理数据采集卡传送来的、复杂的视频信号,使投影出来的视频效果清晰,柔和。

      所设计的《车用传感器与执行器实训系统软件》功能强大,简单易学。

      14信号调理技术在车用传感器与执行器实训系统中的应用

      在无线摄像机信号传输过程中,由于数据采集现场环境的复杂性,各种干扰因素可能对数据的采集造成非常大的干扰,为了减少高频信号对视频采集数据的影响,需要低通滤波处理。巴特沃兹滤波处理和切贝雪夫滤波处理是不错的选择,巴特沃兹滤波从幅频特性提出逼近要求,不考虑相频特性,具有最大平坦幅度特性,其幅频响应表达式为:

      | H(ω) | = 1 1 + (ω/ωn)2 n(1)切贝雪夫滤波也是从幅频特性方面提出逼近要求,其幅频响表达式为:| H(ω) | = 1 1 +θ2 T 2 n(ω/ωn)(2)其中,ω―――滤波器频率;ωn―――截止频率;θ―――通带波纹系数;Tn―――切比雪夫多项式。

      切贝雪夫滤波与巴特沃兹滤波处理相比较,虽然在通带内有起伏,但对同样的n值在进入阻带以后衰减更明显,更接近理想情况。因此,为使视频效果更融合,选择切贝雪夫低通滤波处理。

      2试验分析

      在完成车用传感器与执行器实训系统的研制后,为验证实训系统的控制功能,进行了正交回归旋转试验分析。实训系统控制效果以百分制形式进行衡量。

      选取机器人底盘电机距教师机距离L 1、实训台架距教师机距离L 2、教师机距屏幕距离L 3、无线摄像头距教师机距离L 4、无线摄像头所处环境L 5等5个因素进行试验。

      1试验因素水平及编码表

      电磁干扰小考虑到5个因素对实训系统的控制功能影响并非完全是线性的,故试验选取五因素二次正交回归旋转设计试验方法,其回归方程一般形式为:Y= b 0 +∑p j = 1 b j +∑p j < j b ij L i L j +∑p j = 1 b jj L 2 j(3)式中:b 0―――常数项;b j―――线性项系数;b ij―――交互项系数;b jj―――平方项系数;P―――因素个数。

      试验中,采用降维分析,固定4个因素水平,得到另一个因素与控制功能的关系。试验后得到的控制效果随各因素的变化关系如5所示。

      5控制效果随各因素的变化关系图从可知,无论各因素如何变化,控制效果均能保持在60分以上。环境因素对控制效果的影响最大,其影响曲线近似于线性。因此,在使用实训系统时,尽量避免干扰过大的场合。此外,机器人底盘电机距教师机距离也是影响控制效果的因素之一,为确保控制稳定可靠,应保证实训系统在使用过程中,机器人底盘与教师机的距离在1 000 m范围以内。

      3结语

      车用传感器与执行器实训系统设计过程始终围绕“行动导向教学”的先进教学理念,将培养学生对传感器与执行器检测、应用的实践能力和创新能力作为设计目标。通过将无线传输技术、机器人技术、虚拟仪器技术、信号调理技术等多种先进技术融合于一体,使实训系统功能齐全、性能稳定。通过试验验证,该实训系统控制效果良好。

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