虛擬儀器技術(shù)在汽車電子教學(xué)中的運用

程本向

摘 要：現(xiàn)在汽車中電子設(shè)備的種類和數(shù)量不斷增加，給電子設(shè)備的常規(guī)檢測和故障排查增加了難度。在進行汽車電子教學(xué)中，為了讓學(xué)生能夠更加直觀的了解各類電子設(shè)備的工作狀態(tài)，需要引進虛擬儀器技術(shù)，發(fā)揮一定的輔助作用，對提高汽車電子教學(xué)質(zhì)量有積極幫助。本文首先對虛擬儀器技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢進行了概述，隨后就虛擬儀器的系統(tǒng)組成，以及在汽車電子教學(xué)中的具體運用展開了簡要分析，最后結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，提出了優(yōu)化虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的幾點建議。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器;汽車電子教學(xué);信號采集卡;PC機軟件

汽車電子是一項理論與實踐并重的課程，教師在教學(xué)過程中，除了要幫助學(xué)生掌握相關(guān)理論知識外，還要借助于虛擬儀器等輔助工具，讓學(xué)生也有進行系統(tǒng)操作、仿真分析等實踐的機會。從現(xiàn)階段的汽車行業(yè)發(fā)展趨勢也可以看出，未來汽車中各類電子設(shè)備、電氣系統(tǒng)的數(shù)量將會進一步增加，學(xué)生只有熟練運用虛擬儀器技術(shù)，才能更好的適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需要，這對于學(xué)生今后的求職就業(yè)和個人發(fā)展也大有裨益。在這一背景下，探究如何在汽車電子教學(xué)中運用虛擬儀器技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量具有重要價值。

一、汽車電子教學(xué)中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用價值

（一）操作方便，讓課堂教學(xué)更加直觀

以往的汽車電子教學(xué)中，教師主要是依托書本教材，通過圖文配合的形式，讓學(xué)生了解汽車常見電子設(shè)備、電氣系統(tǒng)，并掌握其運行原理和常見故障的排查方法。但是由于汽車電子設(shè)備只能以二維平面的形式展現(xiàn)出來，對學(xué)生的空間思維和想象能力都提出了嚴(yán)格要求。對于很多初學(xué)者來說，具有很大的學(xué)習(xí)難度。而將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到汽車電子教學(xué)中，則可以將原本靜態(tài)的、平面的圖像，轉(zhuǎn)化為動態(tài)的、立體的模型，這樣就可以為學(xué)生帶來更加直觀的印象，學(xué)習(xí)難度也會降低，對于提高汽車電子課堂教學(xué)效率也有較大的幫助。

（二）激發(fā)興趣，實現(xiàn)了師生課堂互動

汽車電子教學(xué)過程中，教師為了節(jié)約教學(xué)時間，完成教學(xué)任務(wù)，采用“滿堂灌”的方式進行教學(xué)。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生的個性得不到關(guān)注，學(xué)習(xí)問題不能得到及時的解決。而汽車電子內(nèi)容本身包含一些抽象性的知識，如果師生之間缺乏互動，學(xué)生也會因為學(xué)習(xí)難度大而逐漸失去興趣。虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢之一，就是為師生進行課堂活動提供了良好的渠道。例如，教師在講解虛擬儀器的操作要領(lǐng)時，可以邊講解、邊提問，學(xué)生有哪些不懂的問題，可以提出并得到教師的解答。這樣在學(xué)生自己操作時，也會更加熟練的運用虛擬儀器。

（三）為學(xué)生提供了更多實操機會

汽車電子教學(xué)致力于培養(yǎng)理論與實踐與一體的復(fù)合型人才，但是以往的教學(xué)中，由于教師教學(xué)觀念落后、學(xué)校實訓(xùn)環(huán)境缺乏等因素的限制，多數(shù)時間都是在課堂上講解理論，學(xué)生真正進行實踐訓(xùn)練的機會相對偏少。這種教學(xué)模式的弊端不僅是導(dǎo)致學(xué)生實踐能力和知識運用水平偏差，不符合當(dāng)前市場對于復(fù)合型汽車專業(yè)人才的需求，而且也不利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究創(chuàng)新的能力，從長遠(yuǎn)來看也不利于學(xué)生的成長和發(fā)展。相比之下，在引進虛擬儀器技術(shù)后，學(xué)生則可以在教師的指導(dǎo)下，嘗試操作虛擬儀器，完成運算分析和數(shù)據(jù)處理，讓學(xué)生的專業(yè)技術(shù)應(yīng)用水平得到了提升。

二、虛擬儀器的主要組成

（一）信號采集卡

本文所用的信號采集卡為北京中泰創(chuàng)研科技有限公司的RM4018i，其具有遠(yuǎn)端模擬量采集模塊。適用于各類工業(yè)現(xiàn)場，可輸入8路電壓信號，并通過RS485接口，與上位機進行實時通訊。該裝置可用于測量車上各傳感器的電壓值、噴油器的噴油脈沖寬度、開關(guān)信號的狀態(tài)等閉。測量所得的結(jié)果RS485接口送到PC機，可通過界面實時的觀測各個系統(tǒng)的情況。RM4018i遠(yuǎn)端模擬量采集模塊由CPU、光電隔離、D/A轉(zhuǎn)換、通道轉(zhuǎn)換、RS485接口、站址開關(guān)等組成。

（二）PC機軟件

PC端上安裝的各類功能性軟件，為教師演示教學(xué)和學(xué)生操作實踐提供了方便。根據(jù)虛擬儀器類型和功能的不同，PC機上安裝的系統(tǒng)軟件也存在較大的差異。例如目前汽車電子教學(xué)常用虛擬儀器LabVIEW，搭載的PC軟件主要有圖形化編程軟件，三維建模軟件等。這些軟件的應(yīng)用，一方面是讓虛擬儀器的應(yīng)用更加人性化，操作界面也更加美觀和實用;另一方面也能夠適合課堂演示教學(xué)。

（三）傳感器與執(zhí)行器

傳感器作為虛擬儀器的前端設(shè)備，其作用主要是將汽車電子設(shè)備、電氣系統(tǒng)的運行工況，及時的收集起來，并按照一定的頻率發(fā)送給虛擬儀器的控制臺。這樣教師或?qū)W生在操作虛擬儀器時，就可以更加全面和動態(tài)的了解汽車電子設(shè)備的各項參數(shù)。當(dāng)教師進行演示教學(xué)，或是學(xué)生進行實踐操作時，各項操作指令就需要通過執(zhí)行器下達(dá)到基礎(chǔ)控制單元，然后完成相關(guān)的操作。

三、虛擬儀器在汽車電子教學(xué)中的運用

LabVIEW是目前國際應(yīng)用最廣的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一。虛擬儀器利用硬件系統(tǒng)完成信號的采集、測量與調(diào)理，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用計算機的顯示器模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式輸出測試結(jié)果，從而完成所需的各種測試功能。

汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)可以對行駛過程中的輪胎壓力、溫度進行實時監(jiān)測，異常狀況發(fā)生時，自動報警，以保證駕駛員及乘客的安全。系統(tǒng)選用SP12壓力傳感器，AT89C51微處理器和無線發(fā)射芯片TLC2543。虛擬儀器前端的傳感裝置，會自動收集汽車輪胎壓力、溫度的實時變化數(shù)據(jù)，以及電池電壓信號等。然后將這些數(shù)據(jù)匯總起來，然后利用內(nèi)置的編碼器進行格式轉(zhuǎn)化，按照系統(tǒng)設(shè)定的頻率發(fā)送到虛擬儀器的CPU上。CPU對這些數(shù)據(jù)信息進行識別，并于數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行對比。如果實測數(shù)值超出或低于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的閾值范圍，則系統(tǒng)進行報警，并限制故障基本信息。除此之外，LabVIEW中還設(shè)置了防誤差程序，依據(jù)軟件濾波的方法消除數(shù)據(jù)采集誤差干擾，保證測量的壓力數(shù)據(jù)的精確性，因而保證了乘客和駕駛員的安全。

四、基于LabVIEW的汽車電子教學(xué)優(yōu)化建議

（一）教材理論與實例工程相結(jié)合

教師在使用LabVIEW進行汽車電子教學(xué)時，一方面要進行必要的理論講解，幫助學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，為后期進行實踐操作奠定扎實的基礎(chǔ);另一方面又要將一些實際的工程案例，添加到LabVIEW中，通過操作、演示，讓學(xué)生掌握LabVIEW的操作技巧。教師還要通過定期與學(xué)生的交流，掌握學(xué)生對汽車電子相關(guān)知識的掌握情況，然后以此為基礎(chǔ)制定配套的教學(xué)方案，盡可能添加一些符合學(xué)生知識水平的工程案例。這樣在課堂教學(xué)中，才能夠保證盡可能多的學(xué)生參加到LabVIEW技術(shù)的學(xué)習(xí)中，對于切實培養(yǎng)學(xué)生虛擬儀器技術(shù)運用熟練度起到必要的支持。

（二）注重增加學(xué)生操作機會

對于多數(shù)初學(xué)者來說，虛擬儀器的基本操作是必須要掌握的內(nèi)容。同時，在不同的汽車電子教學(xué)內(nèi)容中，虛擬儀器的操作方法和功能運用也不盡相同。學(xué)生在初學(xué)時可能會因為不懂虛擬儀器操作，而出現(xiàn)學(xué)習(xí)效率較低的問題。針對這種情況，教師要注意加強指導(dǎo)，通過親自演示、小組合作等多種形式，鼓勵學(xué)生勇于嘗試運用虛擬儀器技術(shù)，在不斷的操作、訓(xùn)練中，實現(xiàn)技術(shù)水平和專業(yè)技能的提升。以小組合作學(xué)習(xí)為例，小組成員之間對虛擬儀器的操作進行相互交流、討論，既可以豐富學(xué)習(xí)體驗，又能夠熟練掌握操作技術(shù)。

在汽車電子教學(xué)中恰當(dāng)?shù)倪\用一些輔助教學(xué)工具，在提高教學(xué)效率和保證教學(xué)質(zhì)量等方面發(fā)揮了事半功倍的作用。虛擬儀器技術(shù)與汽車電子教學(xué)有較高的契合度和適用性，要求教師關(guān)注學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況，然后結(jié)合工程實例，向?qū)W生講解、演示如何操作虛擬儀器。學(xué)生通過反復(fù)觀看、大量練習(xí)，才能逐漸掌握虛擬儀器的操作技巧。這樣一方面是幫助學(xué)生更加全面的掌握理論知識和操作技巧，另一方面對于今后學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域的自學(xué)和成長也提供了幫助。

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