基于無線網(wǎng)絡(luò)集群的故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

邵光儉

摘 要：本文針對(duì)高職高專汽車檢測(cè)專業(yè)基礎(chǔ)電路課程，設(shè)計(jì)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)集群的故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)由教師PC機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱組成，教師PC機(jī)上具備服務(wù)器功能，實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部配置帶有10寸觸摸屏的嵌入式設(shè)備。學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部觸摸屏進(jìn)行獨(dú)立、自由的故障排查練習(xí)；教師可以在教師PC機(jī)上設(shè)置各種故障類型、排布故障點(diǎn)，再由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個(gè)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一故障設(shè)置，指導(dǎo)學(xué)生統(tǒng)一練習(xí)；教師可以通過教師PC機(jī)統(tǒng)一發(fā)出實(shí)操考試試卷，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行操作，同時(shí)在10寸觸摸屏上進(jìn)行過程記錄，操作結(jié)束前提交記錄；教師PC機(jī)可以對(duì)每一場(chǎng)考試學(xué)生提交結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)閱卷，并自動(dòng)生成考試成績(jī)。該系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)單個(gè)實(shí)驗(yàn)箱故障設(shè)置模式，既方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)的操作，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)習(xí)效率；更提升了教師上課以及考核的工作效率。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò) 實(shí)驗(yàn)箱 故障診斷系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（a）-0067-03

通過對(duì)汽車維修企業(yè)職業(yè)崗位能力深入調(diào)查分析，并結(jié)合行業(yè)、學(xué)校等汽車維修技術(shù)大賽技術(shù)要求、職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)、汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、以及高職畢業(yè)生所從事的崗位能力分析[2]，可以總結(jié)出汽車檢修與維修技術(shù)專業(yè)學(xué)生在以后職業(yè)生涯中的各個(gè)成長(zhǎng)階段的兩個(gè)核心能力是：汽車拆裝調(diào)整操作技能和汽車電路故障診斷分析技能。其中汽車電路故障診斷分析能力是這兩大核心能力中的關(guān)鍵。以往汽車電路方面的基本能力訓(xùn)練側(cè)重于：汽車電路分析（認(rèn)識(shí)）和萬用表使用等基本技能訓(xùn)練，而缺少汽車故障診斷思維方法訓(xùn)練。其實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）配套的實(shí)驗(yàn)箱僅具備連線檢測(cè)功能，缺少汽車電路故障診斷思維方法培養(yǎng)；缺少高效的訓(xùn)練手段，導(dǎo)致汽車故障診斷能力培養(yǎng)缺少最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，不但使學(xué)生對(duì)于汽車電類故障缺乏深入全面的思考和分析，而且使學(xué)生在后續(xù)汽車電類故障診斷學(xué)習(xí)過程中有較大的困難和障礙。

針對(duì)目前高職學(xué)生對(duì)汽車電類課程基礎(chǔ)薄弱的問題，圍繞汽車電類故障診斷能[3]力的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的汽車電路一目了然的故障接線教學(xué)訓(xùn)練方式與現(xiàn)代高速發(fā)展的無線網(wǎng)絡(luò)[4]集群技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于無線網(wǎng)絡(luò)集群的故障診斷系統(tǒng)方案具有非常重大的意義[5]。

1 無線網(wǎng)絡(luò)集群實(shí)驗(yàn)箱故障診斷系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由教師PC機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱組成，利用無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，教師在教師PC機(jī)上進(jìn)行各類故障設(shè)置，再通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到實(shí)驗(yàn)箱，再由實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置對(duì)應(yīng)故障點(diǎn)；學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)箱的故障現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱各測(cè)量點(diǎn)實(shí)際測(cè)量值，在嵌入式觸摸屏上進(jìn)行填寫工單，判斷故障點(diǎn)后提交；教師PC機(jī)會(huì)根據(jù)工單信息對(duì)當(dāng)前維修工單進(jìn)行智能閱卷打分，同時(shí)在教師PC機(jī)可以查詢、輸出學(xué)生考試相關(guān)信息。

圖1是本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)物理布局示意圖。

系統(tǒng)中，引入了自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)箱。該實(shí)驗(yàn)箱配備10寸觸摸屏，提供友好的人機(jī)交互界面，實(shí)驗(yàn)箱面板上提供正常連線功能、故障設(shè)置功能、短路保護(hù)功能、WiFi無線網(wǎng)絡(luò)功能。實(shí)現(xiàn)學(xué)生電路連線實(shí)驗(yàn)練習(xí)的同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生故障診斷練習(xí)，試驗(yàn)箱同時(shí)具備保護(hù)測(cè)量過程中電路短路。

2 無線網(wǎng)絡(luò)集群實(shí)驗(yàn)箱故障診斷系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)

為提高用戶使用便捷性及減少系統(tǒng)維護(hù)成本，本系統(tǒng)在教師PC機(jī)上部署服務(wù)器，教師主要是通過Web頁面進(jìn)入到教師平臺(tái)。當(dāng)教師使用系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)提醒用戶登錄，根據(jù)用戶賬戶信息，與服務(wù)器進(jìn)行用戶鑒權(quán)，鑒權(quán)通過后，系統(tǒng)賦予該用戶對(duì)應(yīng)的可操作權(quán)限列表。

2.1 教師PC機(jī)服務(wù)器功能

本系統(tǒng)在教師機(jī)上部署了服務(wù)器，本系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)最后都在服務(wù)器里進(jìn)行保存，包括各個(gè)學(xué)生的試卷信息、成績(jī)信息、學(xué)生成員信息等；該服務(wù)器與現(xiàn)在主流阿里云的服務(wù)器類同，如果在后續(xù)的實(shí)際應(yīng)用中，需要升級(jí)為全網(wǎng)絡(luò)版的功能，只需要把服務(wù)器部署在阿里云服務(wù)器上就可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在教室、寢室、家里，完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)箱相關(guān)的練習(xí)與考試。

2.2 教師PC機(jī)Web功能

由圖2所示，教師通過自己的賬號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)后，有以下幾個(gè)功能。

2.2.1 用戶管理

教師可以在用戶管理界面增加要需要使用本系統(tǒng)的班級(jí)名稱，再在班級(jí)名稱下輸入班級(jí)學(xué)生成員姓名、學(xué)號(hào)、密碼。也可以在這個(gè)功能里修改、刪除學(xué)生的各種信息，真正實(shí)現(xiàn)用戶管理的功能。

2.2.2 教學(xué)功能

教師可在教學(xué)功能的管理界面進(jìn)行自由故障點(diǎn)設(shè)置?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所有的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行故障設(shè)置，也可以有選擇地對(duì)指定實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行故障設(shè)置，還可以對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)箱設(shè)置不同的故障，可以實(shí)現(xiàn)在正常上課時(shí)，教師對(duì)當(dāng)前的學(xué)生進(jìn)行各類故障案例講解，方便課堂教學(xué)，做到做中學(xué)、學(xué)中做，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2.2.3 考試管理

教師可以在考試管理界面對(duì)考試的題庫、考卷進(jìn)行管理。教師可以針對(duì)不同模塊的知識(shí)點(diǎn)建立不同的考卷，同時(shí)針對(duì)考卷教師提供參考答案以及對(duì)應(yīng)配分表，完成正常出卷工作。教師還可以對(duì)試卷進(jìn)行統(tǒng)一的題庫管理，方便試卷操作。

2.2.4 在線考試

該故障診斷系統(tǒng)與實(shí)際紙質(zhì)考試具備同樣的功能，當(dāng)教師想對(duì)學(xué)生進(jìn)行故障診斷考試時(shí)，只需要操作在線考試。

在線考試可以實(shí)現(xiàn)開設(shè)一個(gè)考試，選擇該場(chǎng)考試所有的班級(jí)或?qū)W生，設(shè)置每一場(chǎng)考試的人數(shù)、考試時(shí)長(zhǎng)、學(xué)號(hào)排序、考試規(guī)則等，同時(shí)可以填寫監(jiān)考老師等相關(guān)信息。

在線考試考場(chǎng)配置完成后，可以人工點(diǎn)擊開始考試，也可以設(shè)定時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)開始考試。在考試過程中，監(jiān)考教師可以查看到哪些學(xué)生沒有正常登陸進(jìn)入考試，也可以人工結(jié)束任何一個(gè)考生的考試，還可以給某個(gè)學(xué)生加時(shí)來防止考試過程中由于出現(xiàn)突發(fā)情況而造成誤時(shí)的情況。

在考試設(shè)定的時(shí)間到達(dá)后，自動(dòng)把實(shí)驗(yàn)箱的電源切斷，結(jié)束當(dāng)場(chǎng)考試，教師PC機(jī)自動(dòng)對(duì)所有的當(dāng)場(chǎng)考生進(jìn)行打分，并保存在教師PC機(jī)的服務(wù)器上，以備成績(jī)與試卷查詢。

2.2.5 成績(jī)查詢

教師在全部考試結(jié)束后，可以在成績(jī)查詢界面查詢對(duì)應(yīng)考試的各類信息。包括各個(gè)題目的正確率、班級(jí)平均成績(jī)、場(chǎng)次平均成績(jī)、每個(gè)學(xué)生成績(jī)、每個(gè)學(xué)生對(duì)應(yīng)真實(shí)考卷內(nèi)容、成績(jī)批量導(dǎo)出等。

2.3 實(shí)驗(yàn)箱功能

實(shí)驗(yàn)箱主要由帶有10寸觸摸屏的嵌入式故障設(shè)置控制系統(tǒng)和操作面板組成。在教師PC機(jī)開始考試時(shí)，學(xué)生在10寸觸摸屏輸入學(xué)號(hào)和密碼，進(jìn)行登陸，如圖3所示。

學(xué)生正常進(jìn)入考試系統(tǒng)后，實(shí)驗(yàn)箱嵌入式故障設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)教師PC機(jī)的指令進(jìn)行故障點(diǎn)設(shè)置。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)際故障現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行各種有效測(cè)量，同時(shí)在10寸觸摸屏的考試工單上進(jìn)行填寫。如果完成當(dāng)場(chǎng)考試，學(xué)生可以在觸摸屏上點(diǎn)“交卷”，完成當(dāng)場(chǎng)考試，嵌入式故障設(shè)置系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到登陸界面。

2.4 報(bào)警處理

當(dāng)學(xué)生由于操作不當(dāng)，造成實(shí)驗(yàn)箱短路情況發(fā)生時(shí)，實(shí)驗(yàn)箱嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)保護(hù)功能生效，同時(shí)實(shí)驗(yàn)箱提示響起，在教師PC機(jī)WEB端也有對(duì)應(yīng)報(bào)警提示界面彈出，以提示在場(chǎng)監(jiān)考教師需要提醒學(xué)生已經(jīng)發(fā)生短路現(xiàn)象。

3 結(jié)語

通過整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試，基于無線網(wǎng)絡(luò)集群的實(shí)驗(yàn)箱故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以上的各項(xiàng)功能，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果。對(duì)于這種方式的故障診斷系統(tǒng)，可以延伸到各類的故障診斷系統(tǒng)中。

在接下來的該系統(tǒng)升級(jí)過程中，如何引入云服務(wù)，如何把該故障診斷系統(tǒng)更好地導(dǎo)入到線上線下的課程中，如何進(jìn)一步提升教師的教學(xué)效率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，這將是技術(shù)重點(diǎn)。基于無線網(wǎng)絡(luò)集群的實(shí)驗(yàn)箱故障診斷系統(tǒng)將日趨完善。

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