基于無線網絡集群的故障診斷系統設計

邵光儉

摘 要：本文針對高職高專汽車檢測專業基礎電路課程，設計了一種基于無線網絡集群的故障診斷系統。該系統由教師PC機和實驗箱組成，教師PC機上具備服務器功能，實驗箱內部配置帶有10寸觸摸屏的嵌入式設備。學生可以通過實驗箱內部觸摸屏進行獨立、自由的故障排查練習；教師可以在教師PC機上設置各種故障類型、排布故障點，再由無線網絡發送到各個實驗箱實現統一故障設置，指導學生統一練習；教師可以通過教師PC機統一發出實操考試試卷，學生在實驗箱上進行操作，同時在10寸觸摸屏上進行過程記錄，操作結束前提交記錄；教師PC機可以對每一場考試學生提交結果進行自動閱卷，并自動生成考試成績。該系統可以替代傳統單個實驗箱故障設置模式，既方便學生自主學習的操作，提高學生學習的積極性，提升學習效率；更提升了教師上課以及考核的工作效率。

關鍵詞：無線網絡 實驗箱 故障診斷系統

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（a）-0067-03

通過對汽車維修企業職業崗位能力深入調查分析，并結合行業、學校等汽車維修技術大賽技術要求、職業技能鑒定標準、汽車技術發展趨勢、以及高職畢業生所從事的崗位能力分析[2]，可以總結出汽車檢修與維修技術專業學生在以后職業生涯中的各個成長階段的兩個核心能力是：汽車拆裝調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鍵。以往汽車電路方面的基本能力訓練側重于：汽車電路分析（認識）和萬用表使用等基本技能訓練，而缺少汽車故障診斷思維方法訓練。其實驗（實訓）配套的實驗箱僅具備連線檢測功能，缺少汽車電路故障診斷思維方法培養；缺少高效的訓練手段，導致汽車故障診斷能力培養缺少最基礎的環節，不但使學生對于汽車電類故障缺乏深入全面的思考和分析，而且使學生在后續汽車電類故障診斷學習過程中有較大的困難和障礙。

針對目前高職學生對汽車電類課程基礎薄弱的問題，圍繞汽車電類故障診斷能[3]力的特點，將傳統的汽車電路一目了然的故障接線教學訓練方式與現代高速發展的無線網絡[4]集群技術相結合，實現基于無線網絡集群的故障診斷系統方案具有非常重大的意義[5]。

1 無線網絡集群實驗箱故障診斷系統的總體設計

系統由教師PC機和實驗箱組成，利用無線網絡通訊技術，教師在教師PC機上進行各類故障設置，再通過無線網絡發送到實驗箱，再由實驗箱設置對應故障點；學生通過觀察實驗箱的故障現象，根據實驗箱各測量點實際測量值，在嵌入式觸摸屏上進行填寫工單，判斷故障點后提交；教師PC機會根據工單信息對當前維修工單進行智能閱卷打分，同時在教師PC機可以查詢、輸出學生考試相關信息。

圖1是本系統的總體設計物理布局示意圖。

系統中，引入了自主設計的實驗箱。該實驗箱配備10寸觸摸屏，提供友好的人機交互界面，實驗箱面板上提供正常連線功能、故障設置功能、短路保護功能、WiFi無線網絡功能。實現學生電路連線實驗練習的同時，也可以實現學生故障診斷練習，試驗箱同時具備保護測量過程中電路短路。

2 無線網絡集群實驗箱故障診斷系統主要功能設計

為提高用戶使用便捷性及減少系統維護成本，本系統在教師PC機上部署服務器，教師主要是通過Web頁面進入到教師平臺。當教師使用系統時，系統首先會提醒用戶登錄，根據用戶賬戶信息，與服務器進行用戶鑒權，鑒權通過后，系統賦予該用戶對應的可操作權限列表。

2.1 教師PC機服務器功能

本系統在教師機上部署了服務器，本系統所有數據最后都在服務器里進行保存，包括各個學生的試卷信息、成績信息、學生成員信息等；該服務器與現在主流阿里云的服務器類同，如果在后續的實際應用中，需要升級為全網絡版的功能，只需要把服務器部署在阿里云服務器上就可以實現學生在教室、寢室、家里，完成整個實驗箱相關的練習與考試。

2.2 教師PC機Web功能

由圖2所示，教師通過自己的賬號進入系統后，有以下幾個功能。

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的班級名稱，再在班級名稱下輸入班級學生成員姓名、學號、密碼。也可以在這個功能里修改、刪除學生的各種信息，真正實現用戶管理的功能。

2.2.2 教學功能

教師可在教學功能的管理界面進行自由故障點設置。可以實現對當前所有的實驗箱進行故障設置，也可以有選擇地對指定實驗箱進行故障設置，還可以對不同的實驗箱設置不同的故障，可以實現在正常上課時，教師對當前的學生進行各類故障案例講解，方便課堂教學，做到做中學、學中做，提高學生的學習效果。

2.2.3 考試管理

教師可以在考試管理界面對考試的題庫、考卷進行管理。教師可以針對不同模塊的知識點建立不同的考卷，同時針對考卷教師提供參考答案以及對應配分表，完成正常出卷工作。教師還可以對試卷進行統一的題庫管理，方便試卷操作。

2.2.4 在線考試

該故障診斷系統與實際紙質考試具備同樣的功能，當教師想對學生進行故障診斷考試時，只需要操作在線考試。

在線考試可以實現開設一個考試，選擇該場考試所有的班級或學生，設置每一場考試的人數、考試時長、學號排序、考試規則等，同時可以填寫監考老師等相關信息。

在線考試考場配置完成后，可以人工點擊開始考試，也可以設定時間點自動開始考試。在考試過程中，監考教師可以查看到哪些學生沒有正常登陸進入考試，也可以人工結束任何一個考生的考試，還可以給某個學生加時來防止考試過程中由于出現突發情況而造成誤時的情況。

在考試設定的時間到達后，自動把實驗箱的電源切斷，結束當場考試，教師PC機自動對所有的當場考生進行打分，并保存在教師PC機的服務器上，以備成績與試卷查詢。

2.2.5 成績查詢

教師在全部考試結束后，可以在成績查詢界面查詢對應考試的各類信息。包括各個題目的正確率、班級平均成績、場次平均成績、每個學生成績、每個學生對應真實考卷內容、成績批量導出等。

2.3 實驗箱功能

實驗箱主要由帶有10寸觸摸屏的嵌入式故障設置控制系統和操作面板組成。在教師PC機開始考試時，學生在10寸觸摸屏輸入學號和密碼，進行登陸，如圖3所示。

學生正常進入考試系統后，實驗箱嵌入式故障設置系統自動根據教師PC機的指令進行故障點設置。學生根據實驗箱的實際故障現象，對實驗箱進行各種有效測量，同時在10寸觸摸屏的考試工單上進行填寫。如果完成當場考試，學生可以在觸摸屏上點“交卷”，完成當場考試，嵌入式故障設置系統自動跳轉到登陸界面。

2.4 報警處理

當學生由于操作不當，造成實驗箱短路情況發生時，實驗箱嵌入式系統自動保護功能生效，同時實驗箱提示響起，在教師PC機WEB端也有對應報警提示界面彈出，以提示在場監考教師需要提醒學生已經發生短路現象。

3 結語

通過整個系統的調試，基于無線網絡集群的實驗箱故障診斷系統實現了以上的各項功能，達到了預期的教學效果。對于這種方式的故障診斷系統，可以延伸到各類的故障診斷系統中。

在接下來的該系統升級過程中，如何引入云服務，如何把該故障診斷系統更好地導入到線上線下的課程中，如何進一步提升教師的教學效率，提升學生學習的積極性，這將是技術重點。基于無線網絡集群的實驗箱故障診斷系統將日趨完善。

參考文獻

[1] 馮國勝，馮麗沙，賈素梅，等，基于無線網絡的車載診斷系統開發[J].車用發動機，2013（1）：80-84.

[2] 鄭堯軍，陳開考，駱美富，等，虛實結合的汽檢專業共享資源庫建設研究[J].科技創新導報，2014（13）：39-40.

[3] 孫涌.關于高職《汽車電工電子技術》教學改革與創新的思考[J].科技資訊，2011（30）：205.

[4] 賈里.無線網絡區域覆蓋技術的應用分析[J].硅谷，2013（11）.

[5] 朱濤，周天沛，姜濤，等，基于無線網絡的電路故障管理與診斷系統設計[J].實驗室研究與探索，2014，33（11）：107-112.