汽车电子教学中虚拟仪器技术的应用

汽车电子教学中虚拟仪器技术的应用

吉龙飞

盐城生物工程高等职业技术学校 江苏 盐城 224000

摘要：信息科学技术的发展促进了汽车的智能化和信息化。物联网、无人驾驶、智能驾驶、并行计算等技术的出现，有效地推动了汽车工业向智能化方向发展。汽车电子技术作为汽车智能技术发展的重要组成部分，对培养具有创新能力的专业技术人才具有重要作用。汽车电子技术教学的创新与发展对汽车电子技术智能化的发展具有重要的作用。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对汽车电子教学中虚拟仪器技术的应用提出了一些建议，仅供参考。

关键词：汽车电子教学；虚拟仪器技术；应用分析

引言

汽车工业的发展与信息科学技术的碰撞，将汽车技术推向了一个新的高度。汽车电子技术作为汽车中最重要的技术，对汽车的安全稳定运行和智能化、无人化汽车的发展起着重要的作用。作为培养学生掌握汽车电子技术的重要手段，汽车电子教学的创新与发展严重影响着汽车生产的发展。汽车电子教学的创新研究可以将其与当前汽车电子技术的前沿相结合，更好地促进汽车电子技术的发展和进步。

一、虚拟仪器技术教学法

虚拟仪器技术的教学方法改变了传统的以硬件教学为主的教学方法。利用计算机编程软件实现了仪器的不同测试功能。在汽车电子教学中，利用虚拟仪器对传统电子诊断仪采集到的信号进行分析处理，然后将采集到的信号、分析处理过程和结构都显示在计算机上。同时，学生可以根据自己目前的掌握和理解，对仪器的功能进行修改，并对软件功能进行适当的修改。因此，学生可以根据实际掌握的理论和期望的操作结果，建立自己的实验系统，该系统结构简单，操作效果好，精度高。

二、虚拟仪器技术用于汽车电子教学的重要意义

在科技现代化快速发展的趋势下，汽车电子技术也在不断的进步和发展，但由于汽车电子设备投资巨大，实验项目容易受到设备和仪器的限制，而且由于实验设备的操作相对复杂，实验中可以改变的参数有限，且缺乏良好的可扩展性，使得综合实验难以顺利进行。根据具体的教学内容和特点，在汽车电子教学中设计基于虚拟仪器和LabVIEW离线仿真分析控制系统、电路和故障诊断的综合虚拟检测系统，不仅可以弥补现有实验内容的不足，同时也有效地节约了成本，扩大了教学内容，提高了教学水平和质量，有利于增强学生的创新能力和专业实践能力，迅速提高学生的综合素质。

三、汽车电子教学中虚拟仪器技术的应用

（一）虚拟仪器技术分析

1.虚拟仪器构成

虚拟仪器主要由通用计算机资源、应用软件、仪器硬件等组成，是由计算机操作的模块化仪器系统。

2信号采集卡

信号采集卡具有远程模拟量采集模块，适用于各种工业现场。它可以输入8个电压信号，并以RS485接口为载体与上位机实现实时通信。该装置可检测汽车传感器电压值、喷油脉冲宽度、开关信号等。该接口可将检测结果传送到上位机，也可用于整个系统的状态监测。

3.虚拟仪器的软件

虚拟仪器软件系统主要使用LabVIEW，它是一个非常专业的图形化编程软件。程序设计方便，工作效率和水平突出，界面美观，更适合汽车电子课堂教学。

（二）LabVIEW应用实例分析

LabVIEW是世界上应用最广泛的虚拟仪器开发环境之一。虚拟仪器利用硬件系统对信号进行采集、测量和调整，利用计算机强大的软件功能实现对信号数据的计算、分析和处理，利用计算机的显示模拟传统仪器的控制面板，以各种形式输出测试结果，完成所需的测试功能。以轮胎气压测试系统为例，阐述了虚拟仪器技术在教学中的应用。轮胎压力检测系统可以实时监测行驶过程中的轮胎压力和温度。当异常情况发生时，自动报警，保证司机和乘客的安全。系统采用SP12压力传感器、AT89C51微处理器和TLC2543无线发射芯片。微处理器是核心接收机，外部无线接收芯片TLC2543，SP12传感器是核心采样终端。硬件电路由四个检测模块、一个中央接收模块和一个显示模块组成。中央接收模块和显示模块通过串行端口进行通信。四个采样终端通过各自的传感器对测得的压力、温度和电池电压信号进行编码和调制，然后通过各自的天线将信号发送到中央接收机进行解调和解码，显示各轮胎的温度、压力情况，并自动报警。根据系统的工作流程，绘制了各单元的流程图，设计了LabVIEW仿真界面。利用仪器和波形图进行仿真，计算出最大值、最小值和平均值。众所周知，轮胎压力的承受范围为100kpa~450kpa，所以选用的SP12传感器能够准确判断即将发生的爆胎或滚动，并实时报警，根据软件滤波的方法消除数据采集误差的干扰，保证测得的压力数据的准确性，从而确保乘客和司机的安全。利用虚拟仪器的LabVIEW技术，由于只需要硬件功能的原理性开发，将各种数据采集设备集成到计算机中，通过软件实现各种数据的读取和信号分析处理，最后显示结果。因此，可以灵活开发适用于各种车型的检测功能，拓宽教学和实验内容，让每个学生都能参与设计。

（三）虚拟仪器和CAN总线通讯技术应用实例分析

1.系统组成与硬件选取

为了充分利用现有的训练车，系统由训练车、can总线数据采集卡和便携式PC组成，选用Canalyst-Ⅱ分析仪采集汽车can总线数据。具有双通道can接口，支持can2.0a和can2.0B协议，支持标准帧和扩展帧。canalystII分析仪一端的CAN总线h信号连接到车辆OBD接口的引脚6，CAN总线L信号连接到引脚14，另一端通过USB接口连接到笔记本电脑。借助LabVIEW虚拟仪器软件，可以对车辆的can总线数据进行读取、分析和处理，实现动态仪表显示。

2.软件平台的开发

软件设计主要用于实现数据分析和处理功能。首先，打开设备并初始化参数。然后，向车载电子控制单元发送请求信息，请求传感器的实时数据。最后，接收指定地址发送的数据。数据应按车载协议进行解码，并以仪表的形式显示。

3.教学应用与验证

借助虚拟仪器技术，氧传感器的电压值可以波形形式显示，如图所示，氧传感器的电压一般在0.1~0.9V之间波动；如果波形波动大于0.5V，则混合物比较丰富；如果波形波动小于0.5V，混合物太稀了。通过观察波形的形状，我们还可以判断失火是由喷油器故障还是点火线圈故障引起的。因此，利用波形模式可以更直观地判断汽车传感器的故障。与传统示波器相比，该系统可以在同一界面上显示汽车传感器的工作数据，也可以连接到大屏幕上进行投影显示。数据更加直观，维修技术人员可以检测到故障，老师可以在课堂上授课。

结束语

综上所述，虚拟仪器技术与教学内容的结合，可以实现汽车电子系统的虚拟设计和实时检测诊断。实践证明，虚拟仪器技术能充分发挥软件仿真硬件的功能，不仅大大节约成本，而且能提高教学效率和质量，培养学生良好的综合能力和专业素质。此外，运用这种教学方法还可以调动学生的创新思维，加深学生对设计知识的多层次、多样化记忆。由于虚拟实验的操作形式更加灵活，课件制作完成后，可以以课程教学为载体全面展示，实现理论教学与实验教学的互补，使学生熟练掌握课程知识。因此，该技术在汽车电子教学中具有不可替代的作用。同时，在专业知识的基础上，学生应掌握全方位的虚拟仪器软件，为后续工作打下坚实的基础。目前，虚拟检测系统的内容及其在教学中的应用有待进一步优化和丰富。各校教师要在理论和实践上积极探索，努力培养出更多优秀的汽车电子技术人才。

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