自动检测及传感器应用课程教学

1、自动检测与传感器应用课程教学讲义（20/20学年第学期）班级姓名序号团队名称团队序号任课教师常州轻工职业技术学院目录项目一、居家安防与环境监测1项目一、居家安防与环境监测的项目准备1一、项目一的要求和教学目标1二、项目一项目准备的要求和教学目标1三、项目一的相关任务1四、项目一需要的设备和工具1五、项目一的项目准备单2任务1-1、居家火灾自动报警2一、火灾自动报警的任务要求和教学目标2二、火灾自动报警需要的设备和工具2三、任务1-1的学习任务单2四、火灾自动报警的任务分析3五、运用LabVIEW虚拟仪器实现火灾自动报警功能的操作步骤6任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警9一、可燃气体泄漏报警的任

2、务要求和教学目标9二、可燃气体泄漏报警需要的设备和工具9三、任务1-2的学习任务单9四、可燃气体泄漏报警的任务分析9五、运用LabVIEW虚拟仪器实现可燃气体泄漏报警功能的操作步骤13任务1-3、居家防盗报警14一、防盗报警的任务要求和教学目标14二、防盗报警需要的设备和工具14三、任务1-3的学习任务单14四、居家防盗报警的任务分析15五、运用LabVIEW虚拟仪器实现防盗报警功能的操作步骤16任务1-4、室内温度检测18一、室内温度检测的任务要求和教学目标18二、室内温度检测需要的设备和工具18三、任务1-4的学习任务单18四、室内温度检测的任务分析19五、运用LabVIEW虚拟仪器实现室

3、内温度检测功能的操作步骤20任务1-5、室内湿度检测22一、室内湿度检测的任务要求和教学目标22二、室内湿度检测需要的设备和工具22三、任务1-5的学习任务单22四、室内湿度检测的任务分析23五、运用LabVIEW虚拟仪器实现室内湿度检测功能操作步骤25项目一、居家安防与环境监测的综合实施与验收27一、项目一综合实施与验收的要求27二、项目一综合实施与验收的教学目标27三、项目一综合实施步骤27四、项目一验收单的填写27五、项目一的展示与评价28项目三常用生产流水线的检测技术30项目三、常用生产流水线的检测技术的项目准备30一、项目三的要求和教学目标30二、项目三项目准备的要求和教学目标30三

4、、项目三的相关任务30四、项目三需要的设备和工具30五、项目三的项目准备单31任务3-1、位移检测31一、位移检测的任务要求和教学目标31二、位移检测需要的设备和工具31三、任务3-1的学习任务单31四、位移检测的任务分析32五、项目三LabVIEW虚拟仪器标定子程序的制作33六、运用LabVIEW虚拟仪器实现位移检测功能的操作步骤35任务3-2、称重检测37一、称重检测的任务要求和教学目标37二、称重检测需要的设备和工具38三、任务3-2的学习任务单38四、称重检测的任务分析38五、运用LabVIEW虚拟仪器实现称重检测功能的操作步骤40任务3-3、产品计数检测41一、产品计数检测的任务要求

5、和教学目标41二、产品计数检测需要的设备和工具42三、任务3-3的学习任务单42四、产品计数检测的任务分析42五、运用LabVIEW虚拟仪器实现产品计数检测功能的操作步骤44任务3-4、转速检测45一、转速检测的任务要求和教学目标45二、转速检测需要的设备和工具45三、任务3-4的学习任务单45四、转速检测的任务分析46五、运用LabVIEW虚拟仪器实现转速检测功能的操作步骤48项目三、常用生产流水线的检测技术的综合实施与验收50一、项目三综合实施与验收的要求50二、项目三综合实施与验收的教学目标51三、项目三综合实施步骤51四、项目三验收单的填写51五、项目三的展示与评价51项目一、居家安防

6、与环境监测项目一、居家安防与环境监测的项目准备一、项目一的要求和教学目标1项目一的要求完成居家安防与环境监测项目各任务LabVIEW虚拟仪器的创建及各功能模块的搭建与综合调试工作。2项目一的教学目标（1）认知目标 认识居家安防与环境监测项目中各任务的相关知识。熟悉居家安防与环境监测项目中各任务的基本工作原理。熟悉LabVIEW虚拟仪器在居家安防与环境监测项目中各任务的作用。了解居家安防与环境监测项目中相关传感器的典型应用。（2）技能目标 能通过文献检索、网络等查询手段，查找居家安防与环境监测的相关知识及传感器的外形、基本特性、适用场合、典型应用、厂商等资料，根据现场要求对常用相关传感器进行鉴别

7、比较和合理选择。 能完成居家安防与环境监测项目中各任务的LabVIEW虚拟仪器平台的界面搭建、程序设计、硬件连线和调试工作。 能综合运用各任务完成居家安防与环境监测的项目要求及排故工作。 能够收集、整理相关资料，综合运用所学知识与技能，对生产系统出现的类似居家安防与环境监测项目中的检测任务，提出合理的解决方案。（3）素质目标 能够认识到态度决定结果的道理，逐步找准自己在团队合作中的作用。 能够尊重别人，不把自己的意见强加给别人。 积极参与合作学习，与团队成员积极沟通，探寻问题解决的方法与途径。 逐步养成安全、规范、环保的生产意识，重视工作秩序，保持工作场所的整洁，尊重别人和自己的劳动成果。二、

8、项目一项目准备的要求和教学目标1项目一项目准备的要求完成学习团队的组建和项目一的分工，认识居家安防与环境监测的相关任务，通过网络、图书等手段收集、整理相关信息资料，完成本项目实施预案的讨论和制定工作。2项目一项目准备的教学目标（1）认知目标 认识组建学习团队的重要性和必要性。 认识团队成员在团队中作用的重要性。 认知居家安防与环境监测的相关任务。（2）技能目标 能够积极参与组建本课程学习团队的全过程。 初步具备服从团队决定的能力，完成团队布置的任务。 能够收集居家安防与环境监测方面的资料。三、项目一的相关任务1任务1-1、居家火灾自动报警：在住宅发生火灾时发出声光报警信号。2任务1-2、居家可

9、燃性气体泄漏报警：在住宅发生可燃性气体泄漏时发出声光报警信号。3任务1-3、居家防盗报警：在有人非法闯入住宅时发出声光报警信号。4任务1-4、室内温度检测：能够正确测量室内温度，并在设定温度范围外报警。5任务1-5、室内湿度检测：能够正确测量室内湿度，并在设定湿度范围外报警。四、项目一需要的设备和工具1.设备普通电脑1台，LabVIEW数据采集卡1只，居家安防与环境监测综合线路板1块，火焰传感器模块、MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块、光电对射传感器模块、LM35D模拟温度传感器模块和HR202湿敏电阻传感器模块各1个，5伏直流电源1台，实训桌椅1套。2.工具一字仪表螺丝刀1把、打火机1个、杜帮导

10、线若干五、项目一的项目准备单项目一、居家安防与环境监测项目准备单班级第团队团队名称填写人顷目一负责人项目一各任务轮执队长任务1-1任务1-2任务1-3任务1-4任务1-5项目一、居家安防与环境监测实施预案项目实施流程项目一中各任务在虚拟仪器平台的分布图任务1-1、居家火灾自动报警一、火灾自动报警的任务要求和教学目标1.任务要求熟悉实现居家火灾自动报警的工作原理，完成居家火灾自动报警LabVIEW虚拟仪器的搭建与调试工作。2.教学目标(1)认知目标 认识火灾自动报警器的作用。 熟悉火灾自动报警器的工作原理及种类。 认识虚拟仪器在传感器应用中的作用。(2)技能目标 会调试火灾自动报警器的灵敏度，并

11、能够正确选择与安装。 在本项目虚拟仪器平台的适当位置能够搭建火灾自动报警的虚拟仪器。二、火灾自动报警需要的设备和工具1.设备普通电脑1台、数据采集卡1只、火焰检测传感器模块1个、5伏直流电源1台、实训桌椅1套。2.工具钟表一字螺丝刀1把、打火机1个、杜帮导线若干。三、任务1-1的学习任务单任务1-1、居家火灾自动报警学习任务单班级第团队团队名称填写人LabVIEW界面搭建任务实施流程框图任务分工操作人员及内容监督人员准备人员姓名内容任务实施过程有何疑问如何解决四、火灾自动报警的任务分析根据火灾自动报警任务要求，学员将完成居家火灾自动报警各硬件功能模块的连接与调试工作和居家火灾自动报警LabVI

12、EW虚拟仪器的创建与报警功能。1通过各硬件功能模块的连接与调试工作完成火灾自动报警的功能将火焰传感器模块与相应报警电路进行连接，就可以完成火灾自动报警功能，报警电路一般为声音或灯光报警，可以是音乐片电路、继电器输出电路，也可以是开关门输出电路，等等。（1）火焰检测传感器模块简介火焰检测传感器模块选用龙戈电子的智能车火焰检测传感器模块，该产品的功能示意图如图1-1-1所示。产品尺寸：长66mmx宽11mmx高13mm;主要芯片：LM393、火焰感应探头；工作电压：直流35V;工作电流：<1.6mA（默认外加电压5V）;主要应用：消防、火灾检测、教学实验等等。火焰感应探头，悟号捋厨低电平有效

13、|TTL信号笹岀Gnd愉入产品特点为： 具有信号输出指示，无火焰时输出高电平、指示灯灭，有火焰时输出低电平、指示灯亮，响应时间<2卩s； 单路信号输出，输出开关量信号可以直接接单片机10口 输出口OUT输出高低电平信号（开关量），高电平为3.8V，低电平为0V;灵敏度调节旋钮*顺时针增大，逆时针减小 用于检测波长在760纳米1100纳米（红外光）范围内的热源，探测角度达600范围；图1-1-1 灵敏度可调（精调），调节火焰检测范围； 模块带安装孔，方便固定安装。（2）火焰检测传感器模块的工作原理 火焰感应探头简介用于火灾报警的传感器有多种，光电二极管、气敏传感器、温度传感器等。本任务使用

14、的火焰检测传感器模块中的火焰感应探头是光电二极管（也叫光敏二极管），光电二极管是光电传感器中的一种光电晶体管，光电晶体管包括光电二极管、光电三极管和光控晶闸管。如图1-1-2所示为光电二极管实物图。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变图1-1-2光电二极管实物图化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件

15、，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。近年来，新的光电器件不断涌现，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。光敏二极管是最常见的光电传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样，只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积

16、，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联，当无光照时，它与普通二极管一样，反向电流很小，称为光敏二极管的暗电流；当有光照时，载流子被激发，产生电子-空穴，称为光电载流子。在外电场的作用下，光电载流子参于导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。具体见传感器与自动检测技术（第二版）教材P7680。 LM393芯片简介LM393芯片是一个双电压比较器集成电路，如图个电压比较器（运算放大器）围宽，单电源、（ICC=0.8mA输出与TTL、MOS、CMOS1-1-

17、3所示为LM393实物图，它具有2，工作温度范围为0°C+70°C。其主要特点是：工作电源电压范双电源均可工作（单电源为236V，双电源为±1±18V）;消耗电流小）;输入失调电压小（VIO=±2mV）;共模输入电压范围宽（VIC=0VCC-1.5V）;DTL、等兼容；输出可以用开路集电极连接“或”门；采用双列直插8脚塑料封装（DIP8）和微形的双列8脚塑料封装SOP8）。LM393内部结构如图1-1-4所示，管脚8为电源正极，为电源负极，封装命名表，图1-1-3LM393实物图管脚4管脚1与7为2个电压比较器的输出端。型号的尾缀区分不同的封装

18、。LM393芯片是高增益、宽频带器件，象大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合时，很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙，电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入一输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量（滞回1.010mV）能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡，除非利用滞后，否则直接插入IC（集成电路板integratedcircuit，缩写为IC）并在引脚上加上电阻将引起输入一输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快

19、，则滞回将不需要。另外LM393芯片应用时应注意以下几点：a）所有没有用的引脚必须接地；b）LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围（2.030V）里号识别封獎侖名S0SC-8SOFM占片瀾LM393DGSOIC-8SOPSLM393DR2SOEC-BSOPSLM39SDR2G3OIC-SSOP8PDIP-8口田鱼直插&御PDEP-0DLFBJLM393DMR2l.'ici'oESL1DS/3S0PEMicro9表1-1-1LM393的型号识别与封装命名表无关；c）通常电源不需要加旁路电容；d）差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向

20、负端超过-0.3V；e）LM393的输出部分是集电极开路，发射极接地的NPN输出晶体管。 火焰检测传感器模块的工作原理如图1-1-5所示为火焰传感器模块的原理图，图中R1为火焰感应探头，LM393为双电压比较器集成电路，R3为调节火焰感应强度的变阻器。火焰检测传感器模块的原理为：在有一定红外光照条件下，R1电阻值较小，LM393同相端u+反相端u-，LM393的1号引脚输出低电平，LED指示灯亮；没有光照时，R1电阻值很大，LM393同相端u+反相端u-,LM393的1号引脚输出高电平，LED指示灯不亮。调节R3可以改变比较器的阀值电压，起调节灵敏度作用。图1-1-5火焰传感器模块的原理图（3

21、）用报警电路完成火灾报警功能将火焰传感器模块（低电平有效）与音乐片电路、继电器输出电路和开关门输出电路中的任一个报警电路进行连接，接通5伏电源，调节火焰检测传感器模块的灵敏度调节旋钮，使之正常光线下不出现报警现象，在距离火焰检测传感器模块2030cm的情况下点燃打火机，使之出现报警现象。 音乐片电路，如图1-1-6所示，原理分析略。 继电器输出电路，如图1-1-7所示，原理分析略。B 开关门输出电路，如图1-1-8所示，原理分析略。2.通过创建LabVIEW虚拟仪器平台完成火灾自动报警的功能（1）“火灾报警”灯和“运行”灯的逻辑关系“火焰检测传感器模块”信号通过“数字输入通道0”（采集卡的DI

22、0端口）输入到虚拟仪器的平台中。“报警开关”打开，接通电源，“运行”灯点亮，“火焰检测传感器模块”没有检测到火Title灾时（即光线较弱），“火灾报警”灯不亮，只有在出现火灾时，“火灾报警”灯才亮，即发出报警ASizeNumberRevision信号。设：“火焰检测传感器模块”的输出信号H检测到光线比较弱DA4（输出高电平）为“真”；“报File:C:DocumentsandSettingsAdm警开关”K打开为“真”信号；“运行”2灯Y亮为“真”；“火灾报警”灯B亮为“真”。“运行”灯Y和“火灾报警”灯B逻辑表达式为：YK（1-1-1）BK?H（1-1-2）(2)通过硬件连线和软件设计完成火

23、灾自动报警的功能将火焰检测传感器模块与USB数据采集卡和电脑连接，通过创建LabVIEW虚拟仪器平台，进行程序设计，就可以完成火灾自动报警的功能。6R1100Kjp1DSQ卜CLKRQ24U2A1D1170D21N4148C3100uFICLKR4R61K4704013IC20.01UFIN4148D6LEDD41N4148J-C4*100uFDD5LEIXI图1-1-8开关门输出电路图五、运用LabVIEW虚拟仪器实现火灾自动报警功能的操作步骤1. 建立项目一的LabVJEW文件2(1) 新建VI文件运行LabVIEW软件，选择新建LabVIEW(VI)如图1-1-9，进入编辑界面；如VI已

24、经存在但需进一步修改，则选择打开已存在的VI，如图1-1-10。打开现有文件或创建新文件后启动窗口将消失。关闭所有已打开的前面板和程序框图后启动窗口将再出现。在前面板或程序框图窗口中选择查看?启动窗口，也可显示启动窗口。(2)选择文件？另存为将新VI保存为:居家安防与环境监测(第X团队)”SizeNumberA4RevisionE盘的2XX班级”文件夹下的文件名为“项目U一a、SheetofdSettingsAdministrato桌面检测n开关门电路.ddb(3)在前面板中间位置编辑文字“项目一、居家安防与环境监测”在前面板的查看菜单中点击工具选板，出现工具选板对话框 在工具选板中选中编辑文

25、本。，如需修改字 在前面板上部的中间位置点击后，输入文字“项目一、居家安防与环境监测”体大小和颜色，则选中相应文本框，点击前面板菜单栏下的“12pt应用程序字体”，在此菜单中点击字体对话框，在“字体对话框”中选择字体大小“24”、对齐“居中”和颜色“黑色”等字体格式，点击确定即修改了字体格式。(4) 对输入文字加修饰边框，在控件选板？新式？修饰中选择“上凸盒”的修饰控件，并按照图1-1-11所示拖放相应位置及大小(这时“上凸盒”将文字盖住了)，可选中“上凸盒”，然后点击工具栏重新排序按钮按钮，在下拉式菜单中选择“移至后面”，这样文字将出现在“上凸盒”修饰框中。(5) 点击工具选板的设置颜色按钮

26、2/,在前面板空白处右击出现颜色选择对话框，可根据喜好选择颜色，一般为浅色，绝不能与前面板中的字体颜色相同或相近。（6）在工具选板的“选择”状态下点击文字框可以任意拖动文字的位置。（7）选择文件？保存，保存VI文件“项目一、居家安防与环境监测（第X团队）”的修改。打开風F:ioii4UI洎动门屈赵机谍程模块碾目一冷fen也项口是干跻带丿1C3區护C.，Vcvantechf1AD_SOFT.IfcMADSOFT.i雲叩工揑机实调虛拟牧莽实典光电计數冋或割课程模劉顶目一用B心1工控机实训虚拟仪務实训'光电计数m<釘工控机实训I虚拟仪蠡实圖温度U慢冷应GA“苗諄慮拟故器买调V®

27、;入中斷>刚Q服图1-1-9新建命令窗口图1-1-10打开命令窗2. 制作“任务1-1、居家火灾自动报警”LabVIEW检测界面在前面板适当位置编辑“任务1-1、居家火灾自动报警”检测界面，如图1-1-11所示。图1-1-11任务1-1的前面板（1）在工具选板中选中编辑文本，在前面板适当位置输入文字任务1-1居家火灾自动报警”，点击前面板菜单栏下的“12pt应用程序字体”，在下拉式菜单中点击字体对话框，选择字体大小14和颜色蓝色”、居中、粗体。（2）在控件选板？新式？布尔（如窗口上无控件选板，可点击菜单查看?控件选板打开）中选择圆形指示灯，拖放到窗口的合适位置，调节大小，右击左边指示灯在

28、弹出的菜单上选择属性，修改左边指示灯开关颜色分别为深绿色或浅绿色；按同样方法设置右边指示灯开关颜色为深红色或浅红色。在鼠标编辑文本状态下修改两个指示灯上标签名称分别为运行和火灾报警。如修改字体颜色，可用以上中的办法。（3）选取控件选板？新式？布尔中合适的开关按钮作报警开关，标签修改同上。（4）加修饰边框，在控件选板？新式？修饰中选择“下凹框”的修饰控件，并按照图1-1-11所示拖放相应位置及大小。点击下拉式菜单“文件”保存界面修改内容。3程序设计（1）选取程序框图窗口，如屏幕上没有可选择菜单窗口？显示程序框图打开。选择函数选板？用户库中？AdvantechDA&C（研华数据采集及控制）

29、？EasyIO（简易输入/输出）？SelectPOP（选择弹出式对话框）?SelectDevicePOP（选择设备弹出式对话框）控件位置，如图1-1-12所示。（2）选择函数选板？用户库?AdvantechDA&C（研华数据采集及控制）?Advanee?DeviceManager（器件管理）?DeviceOpen（打开器件）控件道和DeviceClose（器件关闭）控件匡分别拖放到窗口中的左、右位置。注：控件DeviceOpen用于启动所选择的采集卡，DeviceClose用于程序运行结束时关闭所选择的采集卡，虚拟仪器程序对于硬件的操作一般均涉及硬件的打开和关闭，要养成在程序结束时关闭

30、相应硬件的良好习惯。（3）选择函数选板？用户库中？AdvantechDA&C（研华数据采集及控制）？Advanee（高级）?SlowDIO（低速数字量输入/输出）>>DioReadPortByte控件翹，拖放到窗口中相应位置。注：研华采集卡一般均有低速、中断、DMA（直接数据存取）采集模式，可根据需要选择，控件DioReadPortByte用于不超过8个数字量输入信号采集，数据类型为8位二进制，每位对应一个通道输入；对于单一数字量采集可采用DioReadPortBit，超过8小于等于16位的数字量采集可采用DioReadPortWord，当然此时采集卡必须有不少于16通道的

31、数据量输入端口。（4）选择函数选板？编程?布尔？与”丄，、非”：和数值至布尔数组转换，拖放到窗口中相应位置。注：数值至布尔数组转换用于将8位二进制数据转换成布尔型数组，数组每一元素对应原数据中的相应的一位，即对应通道的输入信号（0或1）。（5）选择函数选板？编程？数组？索引数组巨7,拖放到窗口中相应位置。注：索引数组用于抽取一数组中指定位置处的数据元素，其索引连线端输入值表示抽取元素在原数组中的位置。多维数中位置，如二维数组索组其索引连线不止一个，分别表示元素在原数组中的第一维、第二维、引有两个，分别表示行和列。（6）选择函数选板？编程？结构?while循环，如图1-1-12所示框选需要进行循

32、环执行的部分（注意：框选时鼠标左键不能放开，框选所需所有图标后再放开鼠标左键）。光标移至while循环框的右下端回图标处右击，选择弹出菜单中创建输入控件，为循环体创建停止条件，否则程序不能正常运行。在图标卜上右击出现的对话框中点击“显示为图标”去除“/，则图标变小，同样可以将“报警开关”、“运行”和“火灾报警”按钮变小。（7）选择函数选板？编程？定时？等待訶，拖放到窗口中相应位置。由于程序循环速度过快，加入延时控件可改变单次循环的执行时间。点击工具选板中的自动选择工具”，移动光标至该控件左侧连线处，在出现连线图标时右击，选择选择弹出菜单中创建?常量，直接输入相应定时数值100（单位ms）（或者

33、在工具选板？编辑文本状态下单击数值框）。（8）按图1-1-12调整好各控件相应的位置，并进行连线。在控件DioReadPortByte左边中间的连线端创建常量0、在索引数组索引端创建常量0,用于获取端口0的数字通道0端的输入值。注：当采集Di端口为8个时，可作为一个端口，端口号为0;多于8个时每8个一组组成端口，分别称为端口0、1、2、，具体参见采集卡用户手册。（9）选取前面板窗口（如屏幕上没有可选择菜单窗口？显示前面板打开），将左上角的停止按钮拖到右下角，右击属性文本颜色为红色，开”与关”颜色不同。（10）点击下拉式菜单“文件”保存程序设计内容。4.硬件连线分别将火焰检测传感器模块的5V、G

34、ND和OUT端口接至采集卡的+5V、DGND和数字输入通道0（DI0）,采集卡与计算机USB接口相连。5运行与调试点击工具栏运行按钮-运行程序，在前面板上用鼠标点击任务1-1中的报警开关，使报警开关打开，调节火焰检测传感器模块的灵敏度调节旋钮，使之正常光线下报警报警灯不亮。在距离火焰检测传感器模块1525cm的地方点燃打火机，观看报警灯是否亮，如没有出现报警现象，则缓慢调节灵敏度旋钮，使报警灯亮，关闭打火机，则报警灯熄灭。任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警一、可燃气体泄漏报警的任务要求和教学目标1.任务要求熟悉实现居家可燃气体泄漏报警的工作原理，完成居家可燃气体泄漏报警LabVIEW虚拟仪器的

35、搭建与调试工作。2.教学目标(1)认知目标 认识可燃性气体泄漏报警器的作用。 熟悉可燃性气体泄漏报警器的工作原理及种类。(2)技能目标 会调试可燃性气体泄漏报警器的灵敏度，并能够正确选择与安装。 在本项目虚拟仪器平台的适当位置能够搭建可燃气体泄漏报警虚拟仪器。二、可燃气体泄漏报警需要的设备和工具1.设备普通电脑1台、数据采集卡1只、MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块1个、5伏直流电源1台、实训桌椅1套。2.工具钟表一字螺丝刀1把、打火机1个、杜帮导线若干。三、任务1-2的学习任务单任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警学习任务单班级第团队团队名称填写人LabVIEW界面搭建任务实施流程框图任务分工操作

36、人员及内容监督人员准备人员姓名内容任务实施过程有何疑问如何解决四、可燃气体泄漏报警的任务分析根据可燃性气体泄漏报警任务要求，学员将完成居家可燃性气体泄漏报警各硬件功能模块的连接与调试工作和居家可燃性气体泄漏报警LabVIEW虚拟仪器的创建与报警功能。1.通过各硬件功能模块的连接与调试工作完成可燃性气体泄漏报警的功能将MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块与相应报警电路进行连接，就可以完成可燃性气体泄漏报警的功能。与任务1-1相同，报警电路一般为声音或灯光报警，可以是音乐片电路、继电器输出电路,也可以是开关门输出电路，等等。（1）MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块简介MQ-2烟雾气敏电阻检测传感器模块选用龙

37、戈电子的MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块，该产品的功能示意图如图1-2-1所示。唱躍正轴入孔廈登amm出良敘暨谓节1冋图1-2-1MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块功能示意图产品尺寸：长41mmX宽22mmX高24mm;主要芯片：LM393、MQ-2烟雾气敏电阻传感器探头；工作电压：直流3-5V;主要应用：适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置，探测可燃气体、烟雾300至10000ppm等等。其产品特点为： 具有信号输出指示； 双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）； TTL输出有效信号为低电平，可接直接接单片机10口； 模拟量输出05V电

38、压，浓度越高电压越高； 对液化气、丁烷、甲烷、烟雾等有较好的灵敏度； 使用寿命长、稳定性好； 具有快速响应恢复特性。（2）MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的工作原理MQ-2烟雾气敏传感器探头简介在现代社会的生产和生活中，人们往往会接触到各种各样的气体，需要对它们进行检测和控制。比如：化工生产中气体成分的检测与控制，煤矿瓦斯浓度的检测与报警，环境污染情况的监测，煤气泄漏，火灾报警，燃烧情况的检测与控制等等。检测这些气体的成分和浓度的传感元件一般为气敏电阻，它是一种能把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化量，气敏电阻的变化通过相关电路转换为电流、电压信号的变化。气敏电阻是一种半导体敏感元件，它是

39、利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。其主要品种有：金属氧化物气敏电阻，复合氧化物气敏电阻，陶瓷气敏电阻等。金属氧化物气敏电阻一般是用Sn02、Zn0、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等金属氧化物粉料并添加少量催化剂及添加剂，按一定比例绕结而成的半导体器件。半导体气敏电阻具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛，半导体气敏元件有N型和P型之分。见传感器与自动检测技术（第二版）教材P3233。气敏电阻形式繁多，可以检测各种特定对象的气体，如各种还原性气体、氧化性气体和其它气体等。其中，还原性气体常见的是工业、生活中遇到的各种可燃性气体，如石

40、油气、酒精蒸气、甲烷、乙烷、煤气、天然气、氢气等；氧化性气体常见的是氧气、氯气等，其它气体如二氧化碳（CO2）气体。目前国产气敏电阻有直热式和旁热式两种，直热式的加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；旁热式以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。直热式消耗功率大，稳定性较差，故应用逐渐减少；旁热式性能稳定，消耗功率小，其结构上往往加有封压双层的不锈钢丝网防爆，因此安全可靠，应用面较广。图1-2-2MQ-2实物图MQ-2气敏电阻是一种旁热式的N型SnO2半导体气敏电阻（如图1-2-2所示是MQ-2实物图），其特点为探测范围广泛

41、、灵敏度高、响应恢复快速、稳定性高、寿命长和驱动电路简单。常用于家庭和工厂的可燃性气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。MQ-2气敏电阻的结构和外形如图1-2-3所示（A结构和B结构），由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏电阻提供了必要的工作条件。封装好的气敏电阻有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。图1-2-4为MQ-2气敏电阻的符号及测量电路图，电源Vi为直流或交流电压5±0.1V,作为供应气敏电阻的加热（H两端）和分压的电源，测量负载电阻Rl

42、上输出电压V。的变化可知气敏电阻Rab的变化，即感知了可燃性气体浓度的变化。在气敏电阻Rab的符号中，H两端为加热端，A、B两端为气敏电阻的两端。MQ-2气敏电阻的技术参数如表1-2-1所示。卄1*tmA结构11B结构图1-2-3MQ-2气敏电阻的结构和外形图Ar图1-2-5为MQ-2气敏电阻的灵敏度特性。此灵敏度特性的测试条件是温度为20C、相对湿度为65%、氧气浓度为21%、RL=5kQ,其中Rs为元件在不同气体、不同浓度下的电阻值，Ro为元件在洁净空气中的电阻值。图1-2-6为MQ-2气敏电阻的温湿度特性。Ro是在20C、33%RH条件下，1000ppm氢气中的气敏电阻。Rs是在不同温度

43、、湿度下，1000ppm氢气中的气敏电阻。MQ-2气敏元件对不同种类、不同浓度的气体有不同的电阻值。因此，在使用此类型气敏元件时，灵敏度的调整是很重要的。当精确测量时，报警点的设定应考虑温湿度的影响。BRArl一Er图1-2-4MQ-2气敏电阻的符号及测量电路图表1-2-1MQ-2气敏电阻的技术参数表符号V<冋踣电忡ACmDC加賄电|3UV±HJ.1ACorDC加热功ftH环暗条件nvaftTac>勺T.RH'b丁O址小何人于工C杲敏糜特性:苻号技术整敎詁注敏囂休査而电RiSKD-30KQCUOClppmftJj1OOpta-lOQQQppm港化r和丙烷3D(ip

44、fnOOCipm烷OQGppm-2C0COppn:;八JOOppuiWCypmH,ll¥)fpni.?riCKlppn>拆皓a30001000)耳丁烷JO.6tWT作飯件湍蟻tXU+2VVcS.0V±0.1V。严viis预热时问忖 MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的工作原理如图1-2-7所示为MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的原理图，图中Rab为MQ-2气敏电阻，LM393为双电压比较器集成电路，其中一个电压比较器U1用于电压比较，另一个电压比较器U2作为运算放大器用于电压放大。MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的原理为：开关量输出：在液化天然气浓度低于规疋（液化天然气没有泄

45、漏）的条件下，Rab电阻值较大，LM393同相端u+反相端u-,LM393的1号引脚输出高电平，LED指示灯不亮，即开关量输出高电平；在液化天然气浓度高于规定（液化天然气泄漏）的条件下，Rab电阻值较小，LM393中U1的同相端u+反相端U-,LM393的1号引脚输出低电平，LED指示灯亮，即开关量输出低电平。调节R3可以改变比较器的阀值电压，起到调节液化天然气报警浓度的作用。模拟量输出：气敏电阻Rab的分压输出到LM393中U2的同向端，由图1-2-6可知，U2的反向端与输出端之间连接了一个电阻R5，所以U2实际上是一个电压跟随器，其输入电阻大、输出电阻小，能真实地将反映液化天然气浓度的检测

46、信号通过模拟信号输出口（AOUT）输出，液化天然气的浓度越高，则气敏电阻Rab的阻值越低，输出电压越小。IN)1DOD1DODO图1-2-6MQ-2气敏电阻的温湿度特性图1-2-5MQ-2气敏电阻的灵敏度特性（3）用报警电路完成可燃气体泄漏报警功能将MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块与相关报警电路（高电平有效）进行连接，接通5伏电源,使MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的气敏电阻感应口,使之出现报将打火机开关打开并吹灭火焰，警现象，移除打火机后报警消除。Rab+5V+5VR3+5VR4-CD-+5V2R2R3LM393ri6+5VDOUT(AODJTGNDCON3LEDled_r+5VGNDC1J11

47、23CON3图1-2-7MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块原理图2.通过创建LabVIEW虚拟仪器平台完成可燃气体泄漏报警功能（1）“泄漏报警”灯和“运行”灯的逻辑关系“MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块”信号通过“数字输入通道1”(采集卡的DI1端口)输入到虚拟仪器的平台中。“报警开关”打开，接通电源，“运行”灯点亮，“MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块”没有检测到液化天然气泄漏时，“泄漏报警”灯不亮，只有在出现液化天然气泄漏时，“泄漏报警”灯才亮，即发出报警信号。设：“MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块”的输出信号T检测到液化天然气泄漏时为“假”(低电平有效)；“报警开关”K打开为“真”信号；“运行”灯Y

48、亮为“真”；“泄漏报警”灯X亮为“真”。“运行”灯Y和“泄漏报警”灯X逻辑表达式为：YK(1-2-1)XK?T(1-2-2)(2) 通过硬件连线和软件设计完成可燃气体泄漏报警的功能将MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块与USB数据采集卡和电脑连接，通过创建LabVIEW虚拟仪器平台，进行简单程序设计，就可以完成可燃气体泄漏报警功能。五、运用LabVIEW虚拟仪器实现可燃气体泄漏报警功能的操作步骤1. 制作“任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警”LabVIEW检测界面在前面板适当位置编辑“任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警”检测界面，如图1-2-8所示。(1)在E盘的“XX班级”文件夹下打开“项目一、居

49、家安防与环境监测(第X团队)”的VI文件。(2) 在工具选板中选中编辑文本，在前面板适当位置输入文字任务1-2、居家可燃性气体泄漏报警”，点击前面板菜单栏下的“12p应用程序字体”，在下拉式菜单中点击字体对话框，选择字体大小、颜色等。(3) 在程序框图(后面板)中将while循环向下拉大，在控件选板？新式？布尔中选择圆形指示灯，拖放到窗口的合适位置，调节大小，右击左边指示灯在弹出的菜单上选择属性，修改左边指示灯开关颜色分别为深绿色或浅绿色；按同样方法设置右边指示灯开关颜色为深红色或浅红色。修改两个指示灯上标签名称分别为运行和泄漏报警，也可修改字体颜色等。(4) 选取控件选板？新式？布尔中合适的

50、开关按钮作报警开关，标签修改同上。(5) 加修饰边框，在控件选板？新式？修饰中选择合适的修饰控件，选中该修饰控件，点工具栏重新排序按钮按钮，在下拉式菜单中选择“移至后面”，这样相关“灯”和“开关”将出现在修饰框中。保存界面修改内容。项目一“居家安防与环境监测径务17居寂丸炭自胡摺营ffi-2居尿丐曙性气陣泄鬲旅驚TJ欢晋图1-2-8任务1-1、1-2的前面板3程序设计(1) 选取程序框图窗口，选择函数选板？编程？布尔？与”丄'和非”：，拖放到窗口中相应位置，如图1-2-9所示。(2) 选择函数选板？编程？数组？索引数组巨7,拖放到窗口中相应位置，并在索引数组索引端创建常量1。(3) 按

51、图1-2-9进行连线并保存程序设计内容。注：前面板中的布尔控件对应在程序框图中的图标，如运行指示、报警开关、按钮、报警指示等，为了压缩空间，可以在该控件上右击，在下拉式菜单中取消“显示为图标”的打V。4.硬件连线将MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的5V、GND和OUT端口接至采集卡的+5V、DGND和数字输入通道1(DI1),采集卡与计算机USB接口相连。5运行与调试点击工具栏运行按钮：.运行程序，在前面板上用鼠标点击任务1-2中的报警开关，使报警开关打开，调节MQ-2烟雾气敏电阻传感器模块的灵敏度调节旋钮，使之没有可燃性气体泄漏的情况下报警灯不亮，即不出现报警现象；气体打火机点燃后吹灭，将熄灭

52、的气体打火机靠近MQ-2烟雾气敏电阻传感器，则报警灯亮，即出现报警现象；关闭打火机，则报警灯熄灭。任务1-3、居家防盗报警一、防盗报警的任务要求和教学目标1.任务要求熟悉实现居家防盗报警的工作原理，完成居家防盗报警LabVIEW虚拟仪器的搭建与调试工作。2. 教学目标(1)认知目标 认识防盗报警器的作用。 熟悉防盗报警器的工作原理及种类。(2)技能目标 会调试防盗报警器的灵敏度，并能够正确选择与安装。 在本项目虚拟仪器平台的适当位置能够搭建防盗报警的虚拟仪器。二、防盗报警需要的设备和工具1.设备普通电脑1台、数据采集卡1只、光电对射传感器模块1个、5伏直流电源1台、实训桌椅1套。2.工具钟表一

53、字螺丝刀1把、杜帮导线若干。三、任务1-3的学习任务单任务1-3、居家防盗报警学习任务单班级第团队团队名称填写人LabVIEW界面搭建任务实施流程框图任务分工操作人员及内容监督人员准备人员姓名内容任务实施过程有何疑问如何解决四、居家防盗报警的任务分析根据防盗报警任务要求，学员将完成居家防盗报警各硬件功能模块的连接与调试工作和居家防盗报警LabVIEW虚拟仪器的创建与报警功能。1通过各硬件功能模块的连接与调试工作完成防盗报警的功能将光电对射传感器模块与相应报警电路进行连接，就可以完成防盗报警的功能。与任务1-1相同，报警电路一般为声音或灯光报警，可以是音乐片电路、继电器输出电路，也可以是开关门输出电路，等等。（1）光电对射传感器模块简介光电对射传感器模块选用龙戈电子的15MM槽宽光电对射传感器模块，该产品的实物及功能示意图如图1-3-1所示。产品尺寸：长29mmX宽24mmX高18mm;主要芯片：LM393、光电对射开关；工作电压：直流3-5V;主要应用：可用于工件计数、电机测速等等。产品特点为：电源觉入fa粤揩示灯TTL1F.平的岀ZSuiin扎*SffliTi图1-3-1光电对射传感器模块实物及功能示意