虛擬儀器在汽車檢測教學(xué)中的應(yīng)用

廖燕輝

廣州華夏職業(yè)學(xué)院 廣東省廣州市 510935

1 引言

隨著科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用越來越頻繁。在汽車檢測的教學(xué)過程中，經(jīng)常會遇到學(xué)生多、檢測設(shè)備少的難題。特別是在專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中，往往會因?yàn)樵O(shè)備不足，全班同學(xué)不能同時(shí)參與而采取分組教學(xué)的方式。分組授課導(dǎo)致同樣的內(nèi)容，教師重復(fù)講解多次，教學(xué)效率低、浪費(fèi)了師生的時(shí)間。因此，本文提出了應(yīng)用虛擬儀器（LabVIEW）進(jìn)行解決的措施。

2 確定方案

本文的總體方案如圖1所示。通過數(shù)據(jù)采集卡，把被檢測的對象（車輛的電子控制部分）和計(jì)算機(jī)連接起來，運(yùn)用圖形化的編程軟件（LabVIEW）設(shè)計(jì)檢測程序，并啟用它的網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)送數(shù)據(jù)。檢測程序采集到的數(shù)據(jù)之后，運(yùn)用它的網(wǎng)絡(luò)功能把數(shù)據(jù)上傳到Web，每位學(xué)生使用手機(jī)或電腦同時(shí)查看。和傳統(tǒng)的檢測手段相比，實(shí)現(xiàn)了每位學(xué)生同時(shí)查看車輛的各種信號、數(shù)據(jù)，降低了檢測設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入。

3 硬件選擇

硬件主要包括被測對象（整車或教學(xué)臺架）、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、常規(guī)接線、手機(jī)等。在本系統(tǒng)中，只需要考慮數(shù)據(jù)采集卡的選擇，汽車、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、接線等硬件使用現(xiàn)有的就能滿足要求。本文選擇NI公司的NI USB-6251DAQ卡，這款數(shù)據(jù)采集卡與LabVIEW軟件配套使用，方便可靠。

4 軟件選擇

本文選擇圖形化的編程軟件（LabVIEW）編寫檢測程序。LabVIEW是實(shí)驗(yàn)虛擬儀器工程平臺、圖形化編程工具。它主要用于開發(fā)測試、測量以及控制系統(tǒng)，全稱是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench[1]。LabVIEW的編程工具以圖形展示，用戶不需要學(xué)習(xí)和編寫復(fù)雜的代碼，提高了編程效率，降低了學(xué)習(xí)難度和開發(fā)難度。

5 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與教學(xué)組織過程

5.1 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本流程

這一部分由授課老師完成，可以組織教師團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā)、資源共享、提高效率，或者組成學(xué)生興趣小組，帶領(lǐng)學(xué)生一起完成，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)機(jī)會。設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的基本思路如下：

第一步，根據(jù)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，確定應(yīng)用程序需要達(dá)到的檢測功能；第二步，使用LabVIEW平臺開發(fā)程序；第三步，仿真調(diào)試；第四步，把軟件、硬件連接起來進(jìn)行調(diào)試；第五步，教學(xué)組織與應(yīng)用。下面以節(jié)氣門開度信號的檢測為例，具體方案如圖2所示。

5.2 節(jié)氣門位置傳感器的信號標(biāo)定

確定了程序的基本功能之后，首先要對節(jié)氣門位置傳感器的信號進(jìn)行標(biāo)定。本文以線性輸出型的節(jié)氣門位置傳感器作為研究對象，它應(yīng)用的是電位計(jì)工作原理，它的信號電壓隨著節(jié)氣門開度的大小不同而變化。表1中的原始數(shù)據(jù)用萬用表、解碼器的等工具從教學(xué)臺架上的節(jié)氣門位置傳感器獲取，并運(yùn)用Excel表格擬合節(jié)氣門開度與信號電壓之間的關(guān)系曲線，如圖3所示。

表1 節(jié)氣門開度與電壓的關(guān)系

圖3 節(jié)氣門開度信號

根據(jù)圖3的結(jié)果，節(jié)氣門開度的大小與節(jié)氣門位置傳感器信號電壓之間的關(guān)系式為：y≈19.97x-9.95，y是節(jié)氣門開度大小，x是節(jié)氣門位置傳感器的信號電壓。信號標(biāo)定的目是確定某些參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，是程序設(shè)計(jì)和運(yùn)行的依據(jù)。

5.3 程序開發(fā)

采用LabVIEW平臺設(shè)計(jì)程序，部分截圖如圖4所示，步驟如下：

（1）使用DAQmx Creat Task.vi創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)并添加task to copy 輸入控件；

（2）使用DAQmx Timing.vi設(shè)置采樣模式為Finite Samples，并為rate、Samples per channel端口添加輸入控件；

（3）使用DAQmx Start Task.vi顯示啟動任務(wù)，將數(shù)據(jù)放入緩存；

（4）使用DAQmx Read.vi讀取緩存中的節(jié)氣門位置傳感器輸出的電壓信號數(shù)據(jù)樣本，并以DBL的數(shù)據(jù)形式返回，并用“索引數(shù)組”控件把節(jié)氣門位置傳感器輸出的電壓信號數(shù)據(jù)樣本索引出來。

圖4 節(jié)氣門信號采集程序

5.4 調(diào)試

調(diào)試過程分為仿真調(diào)試和實(shí)測調(diào)試。LabVIEW平臺自帶仿真功能，在程序編寫完成之后，首先應(yīng)用此功能檢查程序編輯語法是否有錯(cuò)誤[2]。當(dāng)程序仿真運(yùn)行正常之后，通過導(dǎo)線把節(jié)氣門信號端子和數(shù)據(jù)采集卡連接起來，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)通過USB線連接。這樣就建立了軟件和硬件之間的信號傳輸路徑，啟用LabVIEW程序就能夠采集到節(jié)氣門開度信號，進(jìn)行實(shí)測調(diào)試。實(shí)際測試的時(shí)候，可能會出現(xiàn)信號干擾、采樣率設(shè)置不當(dāng)?shù)葐栴}，因此需要根據(jù)實(shí)際問題對采集程序進(jìn)行調(diào)整，使它穩(wěn)定工作。當(dāng)程序穩(wěn)定工作之后，通過LabVIEW平臺內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，把程序的運(yùn)行界面送到web。此時(shí)，用手機(jī)、平板電腦、PC機(jī)等具有上網(wǎng)功能的工具登錄對應(yīng)的web網(wǎng)址，即可查看到LabVIEW程序的運(yùn)行界面。web網(wǎng)址允許多人同時(shí)登錄[3]，實(shí)現(xiàn)師生同時(shí)查看，方便教學(xué)與交流，教學(xué)效率高。

5.5 教學(xué)組織過程

第一步，教師帶領(lǐng)學(xué)生連接需要被檢測的傳感器信號；第二步，教師操作檢測程序，使它穩(wěn)定運(yùn)行，并把程序界面發(fā)送到web；第三步，把web網(wǎng)址分享給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生用手機(jī)聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)；第四步，師生之間、學(xué)生之間進(jìn)行交流學(xué)習(xí)；第五步，指導(dǎo)學(xué)生使用檢測程序；第六步，學(xué)生提問、教師總結(jié)。

6 結(jié)語

科技進(jìn)步的速度越來越快，汽車技術(shù)更新的步伐也越來越快，在高職院校汽車維修專業(yè)的教學(xué)過程中，也應(yīng)該竭力跟上。汽車維修的專業(yè)課程多、理論學(xué)習(xí)比較枯燥，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)學(xué)習(xí)多門專業(yè)課程，不能扎實(shí)地掌握眾多的專業(yè)知識點(diǎn)、容易混淆，導(dǎo)致學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)逐漸喪失信心。把虛擬儀器技術(shù)帶入課堂，保證每個(gè)學(xué)生能夠參與，增加教學(xué)的趣味性、直觀性，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。