一种基于Arduino的自动检测实验箱

本技术涉及单片机和自动检测，具体是一种基于arduino的自动检测实验箱。

背景技术：

1、在当今经济全球化高速发展的时代，随着工业自动化技术的迅猛发展，自动检测技术被广泛应用在工业自动化，化工，军事，航天，通讯，医疗，电子等行业，是自动化科学技术的一个格外重要的分支科学。众所周知，自动检测技术是在仪器仪表的使用，研制，生产的基础上发展起来的一门综合性技术。自动检测系统广泛应用于各类产品的设计，生产，使用，维护等各个阶段，对提高产品性能及生产率，降低生产成本及整个生产周期成本起着重要作用。因此，各大高校均会设置自动检测技术的相关课程供学生学习，以便学生学成后用于社会，为科技的发展做出贡献。

2、在《自动检测技术》这门课当中，我们会学习到很多的传感器，为了使学生们对传感器有更深入的了解，通常会设置实验，因此，有一款适用的自动检测技术实验箱就显得极为重要。

3、现有自动检测技术实验箱的缺点是针对本发明的优点而言的。

4、传统的自动检测技术实验箱，缺点如下：1.大多都采用厂家的软件和数据采集卡，学生无法编程，在这个社会飞速进步的时代，一些传统的传感技术将逐渐被淘汰，通过编程来控制传感器的方式，将取代传统方式，成为主流；2.传统的实验箱接线相对复杂，需要通过运放之类的多级模块，才能使采集的数据进行有效转化，同时，复杂的线路也使得实验出错率增高，学生花大量时间在维护线路上，不能够很好地理解传感器实验本身；3.设备检测的误差相对较大，传统技术在处理采集数据的时候，会通过一些附加电路和运算放大器来使得数据相对更精准，实验室当中一些老化的设备由于内部的损坏，一些电路并不能实现原有的功能，导致测量出的实验结果与理论偏差较大；4.一旦设备因各种原因受损，维护不易，传统的自动检测技术实验箱，内部的电路是固定的，一处损坏，于此相关的电路便会直接瘫痪，而且有些传感器是直接焊接在箱子上的，损坏之后，只能通过换箱子的方式进行实验。5.所用的传感器模块体积较大，箱子整体重量比较重，不方便携带，学生只能去实验室做实验，时间的安排没有弹性，自主的学习钻研程度不高。6.实验箱造价比较高，一个传感器模块动辄上百，想要实验内容相对丰富，所付出的成本较高。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决现有自动检测技术实验箱存在的问题，旨在制作出一个综合性强，实用性强，方便进行《自动检测技术》实验课的实验箱。开发板和外围器件都是由电子积木构成的，它们被集成到一个电路板上，但它们之间并没有连线连接，在做实验时，学生需要了解开发板接口和外围器件的接口说明，利用杜邦线，自行连线，自行编程，才能进行实验。

2、为了实现这一目的，本实用新型需要用到的软件有arduino ide和altiumdesigner。其中，arduino ide用于编程；altium designer用于pcb板的制作。本课题用到的硬件有arduino uno开发板，oled显示屏，各种传感器及相应元器件。

3、本实用新型的主要内容，是为人体红外传感器，超声波测距传感器，光电(红外)避障传感器，酒精传感器，光敏电阻传感器，铂电阻温度传感器，压电片传感器，红外测距传感器，电容式液位传感器，电感式接近开关传感器，霍尔传感器，金属箔应变片传感器编写程序，实现对传感器感应数值的读取，并且将数值反馈到oled显示屏上。为了将所有的传感器实验整合，需要制作一块pcb板，将实验所用元器件全部放置到pcb板上，通过螺丝铜柱进行固定，方便元器件的拆卸与更换。最后将成品放进实验箱，达到最终的实用新型目的。

4、为实现上述实用新型目的，本实用新型技术方案如下：

5、一种基于arduino的自动检测实验箱，包括主板、主板上设置的控制模块和外围器件模块；

6、控制模块包括arduino开发板12，

7、外围器件模块包括电源模块1，红外测距传感器模块2，接线端子3，电容式水位传感器模块4，金属箔应变片传感器模块5，oled显示屏6，电感式接近开关传感器模块7，铂电阻温度传感器模块8，人体红外传感器模块9，光敏电阻传感器模块10，光电避障传感器模块11，霍尔传感器模块13，酒精传感器模块14，压电片传感器模块15，超声波测距传感器模块16；

8、arduino开发板12位于主板左下侧，用于运行程序；

9、主板的左上方设置电源模块1，用于为各模块提供电源；

10、红外测距传感器模块2位于电源模块1的右侧，用于测量距离；

11、接线端子3位于红外测距传感器2的右侧，用于电容式水位传感器的接线；

12、电容式水位传感器模块4位于接线端子3的右侧，用于检测水是否超过水位线；

13、金属箔应变片传感器模块5位于电容式水位传感器模块4的右侧，用于测量应变片形变程度；

14、oled显示屏6位于电源模块1的下侧，用于进行数字或汉字的显示；

15、电感式接近开关传感器模块7位于oled显示屏6的右侧，用于检测是否有金属靠近；

16、铂电阻温度传感器模块8位于电感式接近开关传感器模块7的右侧，用于测量温度；

17、人体红外传感器模块9位于铂电阻温度传感器模块8的右侧，用于检测是否有人体靠近；

18、光敏电阻传感器模块10位于铂电阻温度传感器模块8的下方，用于检测光照强度；

19、光电避障传感器模块11位于人体红外传感器模块9的下方，用于检测是否有障碍物靠近；

20、霍尔传感器模块13位于arduino开发板12的右侧，用于检测是否有磁性物体靠近；

21、酒精传感器模块14位于霍尔传感器模块13的右侧，用于检测酒精浓度；

22、压电片传感器模块15位于酒精传感器模块14的右侧，用于检测振动强度；

23、超声波测距传感器模块16位于压电片传感器模块15的右侧，用于测量距离。

24、作为优选方式，红外测距传感器模块2为gp2y红外激光测距传感器模块。

25、作为优选方式，接线端子3为ch-3位按压式快速接线端子；

26、并且/或者电容式水位传感器模块4为jnh-nl02非接触npn型电容式液位传感器；

27、并且/或者金属箔应变片传感器模块5为bf350-3aa型应变片弯曲传感器。

28、作为优选方式，oled显示屏6为基于i2c接口通信的0.96寸oled液晶显示屏；

29、并且/或者电感式接近开关传感器模块7为三线npn常开dc6-36v电感式接近开关传感器；

30、并且/或者铂电阻温度传感器模块8为pt100检测头和温度变送器组成的传感器。

31、作为优选方式，人体红外传感器模块9采用红外热释电模块；

32、并且/或者光敏电阻传感器模块10采用光敏传感器；

33、并且/或者光电避障传感器模块11采用红外避障模块；

34、并且/或者霍尔传感器模块13为ys-27型霍尔传感器。

35、作为优选方式，酒精传感器模块14为mq-3型气体传感器；

36、并且/或者压电片传感器模块15为基于压电陶瓷的震动传感器；

37、并且/或者超声波测距传感器16为基于cs-100a超声波测距soc芯片的ph2.0接口的传感器。

38、作为优选方式，所有的模块通过铜柱固定在主板上。

39、作为优选方式，主板上无走线，控制模块和外围器件模块之间通过杜邦线相连。

40、作为优选方式，电源模块1为12v/5v/3.3v电压转换模块。

41、作为优选方式，电容式水位传感器模块4和电感式接近开关传感器模块7采用收纳盒进行放置。

42、本实用新型的有益效果为：

43、1.通过编程的方式实现，用类似c语言的程序开发，符合时代发展的需求；

44、2.接线相对简单，控制模块和外围器件的连接一步到位；

45、3.设备检测的误差较小，各数据处理单元集成在传感器上，只需要通过arduino控制；

46、4.器件不容易损坏，且若出现损坏情况，由于各单元是通过螺丝铜柱固定，实验板本身没有走线，更换起来很方便；

47、5.大多数元器件体型很小，就使得实验箱的整体体型小，重量轻且便于携带；

48、6.各元器件价格亲民，使得整体成本不高，包含12个传感器实验，内容丰富，非常适用于高校的教学工作。