汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)資源建設(shè)探究

馮帆

摘要：針對當(dāng)前汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)課程教學(xué)資源單一，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性欠佳，結(jié)合職業(yè)教育立德樹人的根本任務(wù)。通過分析汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)課程教學(xué)資源建設(shè)所涉及的建設(shè)整體方案、資源設(shè)計、教學(xué)模式、教學(xué)評價體系等多方面問題，結(jié)合大學(xué)生“恩智浦”智能車競賽開發(fā)實訓(xùn)資源，提出了汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)建設(shè)具體實施路徑，為汽車類職業(yè)教育實訓(xùn)課程資源開發(fā)提供參考方案。

Abstract： In view of the current automobile sensor technology training course teaching resources are single， students' learning enthusiasm is not good， combined with the basic task of vocational education. Based on the analysis of the overall construction scheme， resource design， teaching mode， teaching evaluation system and other problems involved in the teaching resources construction of the practical training course of automobile sensor technology， combined with the development of the practical training resources of the "NXP" intelligent car competition for college students， the specific implementation path of the practical training construction of automobile sensor technology is put forward. It provides a reference scheme for the development of practical training course resources of automobile vocational education.

關(guān)鍵詞：汽車傳感器;智能車競賽;教學(xué)模式;教學(xué)評價體系

Key words： automobile sensor;smart car competition;teaching mode;teaching evaluation system

中圖分類號：U46? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）19-0256-02

1? 實訓(xùn)課程資源建設(shè)現(xiàn)狀

汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)目前面臨的問題主要為：現(xiàn)階段汽車已經(jīng)邁入智能化、互聯(lián)化時代，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容不適應(yīng)未來的工作要求;汽車傳感器實訓(xùn)設(shè)備更新快，汽車的新技術(shù)每年都有所突破，學(xué)校不能實時更新設(shè)備;學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，現(xiàn)在汽車已經(jīng)是生活中最普遍的一個消費品，學(xué)生缺乏對汽車足夠的興趣。為解決這個問題，本項目基于大學(xué)生“恩智浦”智能車競賽，開發(fā)實訓(xùn)資源，鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)智能車控制方法，鍛煉動手能力和創(chuàng)新能力，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2? 實訓(xùn)課程資源建設(shè)整體方案

汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)要求學(xué)生制作一輛微機控制智能電動模型車，培養(yǎng)學(xué)生掌握傳感器相關(guān)技術(shù)，并具備靈活使用相關(guān)傳感器的能力。在制作基于微機控制的電動模型車前需要進行系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計，設(shè)計框架如圖1所示。智能模型車需要對賽道兩側(cè)的黑線邊線進行檢測，為了完成這項任務(wù)，并保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡量減少組件，用最少的組件制作就會降低故障率，避免出現(xiàn)燒壞核心板的事故。

3? 基于能力培養(yǎng)的課程資源設(shè)計

微機控制智能電動模型車是以汽車傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)，涵蓋汽車、電子、自動化、計算機、通訊等多領(lǐng)域知識的專業(yè)。在培養(yǎng)學(xué)生時，除了掌握傳感器基礎(chǔ)專業(yè)知識、傳感器使用與標(biāo)定的專業(yè)能力之外，還需要著重各種知識綜合應(yīng)用、并通過編程手段實現(xiàn)的能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。本實訓(xùn)項目是知識綜合訓(xùn)練的項目，通過在模型汽車底盤的基礎(chǔ)上增加先進的傳感器（攝像頭、雷達模塊等）搭建智能車，運用編程語言，實現(xiàn)智能車的加速、減速、轉(zhuǎn)向、識別等功能，使學(xué)生深入理解傳感器基本原理（包括感知、控制、執(zhí)行等系統(tǒng)的構(gòu)成），掌握智能車控制及硬件編程基本方法，激發(fā)對汽車傳感器技術(shù)的興趣，為后續(xù)的汽車電子類專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)[2-3]。

3.1 系統(tǒng)控制板設(shè)計

本項目采用K60最小系統(tǒng)控制板，最小系統(tǒng)引腳包括電源類：輸入VDD、VSS、VBAT、VDDA/VSSA、VREFH/VREFL、VREG_IN，輸出VREF_OUT、VOUT33;晶振類EXTAL，EXTAL32/XTAL32;寫入器JTAG_TMS、JTAG_TCLK、JTAG_TDI、JTAG_TDO、EZP_CS_b。K60具有I/O端口A、B、C、D、E，分別為26口、20口、20口、16口、16口、18口，總計共100個端口。系統(tǒng)板根據(jù)一定的算法，控制舵機、電機和LCD顯示，控制各種參數(shù)的設(shè)置。

3.2 姿態(tài)控制模塊設(shè)計

姿態(tài)控制主要由齒輪盤、一套調(diào)速齒輪組、控制電路、電動機、檢測位置的傳感器組成。K60給控制電路發(fā)送信號，調(diào)整電動機轉(zhuǎn)速，輸出的轉(zhuǎn)速有調(diào)速齒輪進行減速，傳給齒輪盤。

電動機輸出為三條線：紅色是供電線，黑色是接地線，橙色是信號線，脈寬調(diào)制信號周期為20ms，電壓值為5V，0.5ms的脈寬對應(yīng)，右轉(zhuǎn)極限;1.5ms的脈寬對應(yīng)，中間位置;2.5ms的脈寬對應(yīng)，左轉(zhuǎn)極限。對應(yīng)齒輪盤的是0到180度，呈線性變化。舵機控制轉(zhuǎn)向不會因為車輪受到的側(cè)向力發(fā)生變化而變化，而是根據(jù)PWM脈寬調(diào)制信號的變化，來調(diào)整齒輪盤的輸出輸出角度，所以說轉(zhuǎn)向的核心就是調(diào)整PWM信號。

3.3 編碼器模塊設(shè)計

編碼器是把信號和數(shù)據(jù)進行處理，本項目采用的是把齒輪的旋轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)變成電信號的歐姆龍編碼器。為了獲得基于數(shù)字信號的齒輪角速度、角位移，歐姆龍編碼器采用了光電碼盤，以光電轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的數(shù)字信號作為輸出值。為了判斷是正轉(zhuǎn)還是翻轉(zhuǎn)，編碼器讀取a、b、c、d四個相差90度的正弦波，當(dāng)a波形提早于b波形90度，為正轉(zhuǎn)，當(dāng)a波形滯后于b波形90度，為反轉(zhuǎn)。c、d兩相的波形取反可加強a、b波形的強度，防止失真。

3.4 傳感器程序調(diào)試模塊設(shè)計

為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性與計算機編程能力，本項目采用C語言編寫相關(guān)程序，用IAR軟件進行編譯，通過J-Link下載器把程序燒寫到核心板之中。

編譯程序包括“motor_control”電機控制文件，“duoji_ctl”舵機控制文件，“dianji_ctl”電機PID控制文件，“flash”K60flash擦除/寫入程序文件，“bmp”圖像數(shù)據(jù)、寬、高存儲文件等，對于K60驅(qū)動程序采用Freescale的參考程序。

IAR軟件是眾多的C/C++的編譯軟件之一，具有完備的嵌入式集成開發(fā)功能，支持市面上絕大多數(shù)的微處理器，廣泛的應(yīng)用于航空航天、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

J-Link下載器是ARM單片機編程仿真器的一種，遵照了開源協(xié)議，可以很好的兼容ARM全系列單片機的燒錄調(diào)試。供電電壓為3.3V，下載方式為OpenSDA。下載程序出失敗要注意：核心板未使用外部供電，檢查跳線帽是否存在，若存在可以將跳線帽連上，用在供電模式下燒錄程序;顯示不出對應(yīng)的端口號，燒錄不成功時要看是否識別J-Link設(shè)備，或者重新裝載驅(qū)動程序;下載器顯示正常，但燒錄不成功，要檢查J-Link引腳順序和系統(tǒng)板的引腳順序是否匹配一致。

4? 實施“兩引一導(dǎo)”教學(xué)模式

通針對汽車傳感器技術(shù)實訓(xùn)課程綜合性強、技能點多、內(nèi)容跨度大的特點，積極探索多元優(yōu)質(zhì)的教學(xué)模式和課堂模式，結(jié)合智能新能源汽車1+X證書考核要點，實施任務(wù)引領(lǐng)、工單引導(dǎo)、問題導(dǎo)向的“兩引一導(dǎo)”教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和科技創(chuàng)新能力，由學(xué)生動手制作搭載有不同類型傳感器的智能車模型，從整車層面上培養(yǎng)學(xué)生的綜合知識運用能力。運用車間式、案例式、小組探究式課堂教學(xué)方法，在整車調(diào)試環(huán)節(jié)，積極探索“專家遠程指導(dǎo)+競賽比拼”的實時互動教學(xué)。教學(xué)中強化學(xué)生主體地位，打造高效課堂，加強教學(xué)創(chuàng)新團隊培養(yǎng)，借助信息化教學(xué)手段，提高教師教學(xué)設(shè)計能力，全面推行專兼職教師分工協(xié)作模塊化教學(xué)。

實訓(xùn)項目不斷優(yōu)化升級，適應(yīng)汽車智能技術(shù)發(fā)展需求，產(chǎn)教深度融合，破除傳統(tǒng)教學(xué)滯后于前沿技術(shù)應(yīng)用的矛盾，課程組編寫動態(tài)迭代的活頁式教案?；谔摂M仿真云平臺、百度阿波羅無人駕駛開源系統(tǒng)，搭建具有創(chuàng)新性、趣味性、教育性的項目載體。在研究的過程中，針對發(fā)現(xiàn)的短板和瓶頸進行診斷和改進，不斷提升課程專業(yè)目標(biāo)和能力培養(yǎng)目標(biāo)的達成度。

5? 構(gòu)建“雙主體、全流程”教學(xué)評價體系

結(jié)合智慧職教線上平臺的優(yōu)勢，構(gòu)建“雙主體、全流程”在線教學(xué)評價體系。該體系具有“師生雙主體體、評價全流程”的特點，即在教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)實施、教學(xué)反饋與改進三大教學(xué)環(huán)節(jié)中同步開展評教和評學(xué)，教師（企業(yè)兼職教師和學(xué)校專職教師）和學(xué)生在教學(xué)全過程中成為平等的評價主體。利用智慧職教平臺的即時評價、匯總、分析與反饋等功能，為實訓(xùn)教與學(xué)的改進提供參考。

“雙主體、全流程”將教學(xué)環(huán)節(jié)與評價反饋環(huán)節(jié)有機結(jié)合。鼓勵學(xué)生以在線的方式參與在教學(xué)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，包括課程能力素養(yǎng)評價、教學(xué)策略與方法的選擇是否得當(dāng)?shù)?。教師要充分聽取學(xué)生的意見和建議，做到“以學(xué)生為中心”。在教學(xué)實施環(huán)節(jié)，教師要根據(jù)學(xué)生在線反饋與改進的即時性與有效性，實現(xiàn)教學(xué)相長，提升教學(xué)質(zhì)量。按照實時評價和反饋內(nèi)容及時修正教學(xué)思路、調(diào)整教學(xué)方法、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)反饋與改進環(huán)節(jié)，運用智慧職教平臺即時評價，進行成果發(fā)布，開展分層評價，讓每個學(xué)生了解自己，以改正缺點，發(fā)揚優(yōu)點，明確改進方向。

6? 結(jié)論

通過走訪企業(yè)，開展問卷調(diào)查，將調(diào)研結(jié)果與課程目標(biāo)要求對接，篩選能力培養(yǎng)要點。通過開展專家遠程指導(dǎo)、翻轉(zhuǎn)課堂、線上教學(xué)、現(xiàn)場實操等多樣化的學(xué)習(xí)形式，實施“兩引一導(dǎo)”教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和創(chuàng)新能力，并引入賽場競技的方式對學(xué)習(xí)效果進行考核，全面提升能力培養(yǎng)效果，優(yōu)化汽車類崗位能力要求在課程中的展現(xiàn)形式、內(nèi)容銜接、考核辦法及評價機制。

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