虛擬儀器技術在汽車電子教學中的運用

程本向

摘 要：現在汽車中電子設備的種類和數量不斷增加，給電子設備的常規檢測和故障排查增加了難度。在進行汽車電子教學中，為了讓學生能夠更加直觀的了解各類電子設備的工作狀態，需要引進虛擬儀器技術，發揮一定的輔助作用，對提高汽車電子教學質量有積極幫助。本文首先對虛擬儀器技術的教學應用優勢進行了概述，隨后就虛擬儀器的系統組成，以及在汽車電子教學中的具體運用展開了簡要分析，最后結合實際教學經驗，提出了優化虛擬儀器技術應用的幾點建議。

關鍵詞：虛擬儀器;汽車電子教學;信號采集卡;PC機軟件

汽車電子是一項理論與實踐并重的課程，教師在教學過程中，除了要幫助學生掌握相關理論知識外，還要借助于虛擬儀器等輔助工具，讓學生也有進行系統操作、仿真分析等實踐的機會。從現階段的汽車行業發展趨勢也可以看出，未來汽車中各類電子設備、電氣系統的數量將會進一步增加，學生只有熟練運用虛擬儀器技術，才能更好的適應行業發展需要，這對于學生今后的求職就業和個人發展也大有裨益。在這一背景下，探究如何在汽車電子教學中運用虛擬儀器技術提高教學質量具有重要價值。

一、汽車電子教學中虛擬儀器技術的應用價值

（一）操作方便，讓課堂教學更加直觀

以往的汽車電子教學中，教師主要是依托書本教材，通過圖文配合的形式，讓學生了解汽車常見電子設備、電氣系統，并掌握其運行原理和常見故障的排查方法。但是由于汽車電子設備只能以二維平面的形式展現出來，對學生的空間思維和想象能力都提出了嚴格要求。對于很多初學者來說，具有很大的學習難度。而將虛擬儀器技術應用到汽車電子教學中，則可以將原本靜態的、平面的圖像，轉化為動態的、立體的模型，這樣就可以為學生帶來更加直觀的印象，學習難度也會降低，對于提高汽車電子課堂教學效率也有較大的幫助。

（二）激發興趣，實現了師生課堂互動

汽車電子教學過程中，教師為了節約教學時間，完成教學任務，采用“滿堂灌”的方式進行教學。在這種教學模式下，學生的個性得不到關注，學習問題不能得到及時的解決。而汽車電子內容本身包含一些抽象性的知識，如果師生之間缺乏互動，學生也會因為學習難度大而逐漸失去興趣。虛擬儀器技術的應用優勢之一，就是為師生進行課堂活動提供了良好的渠道。例如，教師在講解虛擬儀器的操作要領時，可以邊講解、邊提問，學生有哪些不懂的問題，可以提出并得到教師的解答。這樣在學生自己操作時，也會更加熟練的運用虛擬儀器。

（三）為學生提供了更多實操機會

汽車電子教學致力于培養理論與實踐與一體的復合型人才，但是以往的教學中，由于教師教學觀念落后、學校實訓環境缺乏等因素的限制，多數時間都是在課堂上講解理論，學生真正進行實踐訓練的機會相對偏少。這種教學模式的弊端不僅是導致學生實踐能力和知識運用水平偏差，不符合當前市場對于復合型汽車專業人才的需求，而且也不利于培養學生自主學習和探究創新的能力，從長遠來看也不利于學生的成長和發展。相比之下，在引進虛擬儀器技術后，學生則可以在教師的指導下，嘗試操作虛擬儀器，完成運算分析和數據處理，讓學生的專業技術應用水平得到了提升。

二、虛擬儀器的主要組成

（一）信號采集卡

本文所用的信號采集卡為北京中泰創研科技有限公司的RM4018i，其具有遠端模擬量采集模塊。適用于各類工業現場，可輸入8路電壓信號，并通過RS485接口，與上位機進行實時通訊。該裝置可用于測量車上各傳感器的電壓值、噴油器的噴油脈沖寬度、開關信號的狀態等閉。測量所得的結果RS485接口送到PC機，可通過界面實時的觀測各個系統的情況。RM4018i遠端模擬量采集模塊由CPU、光電隔離、D/A轉換、通道轉換、RS485接口、站址開關等組成。

（二）PC機軟件

PC端上安裝的各類功能性軟件，為教師演示教學和學生操作實踐提供了方便。根據虛擬儀器類型和功能的不同，PC機上安裝的系統軟件也存在較大的差異。例如目前汽車電子教學常用虛擬儀器LabVIEW，搭載的PC軟件主要有圖形化編程軟件，三維建模軟件等。這些軟件的應用，一方面是讓虛擬儀器的應用更加人性化，操作界面也更加美觀和實用;另一方面也能夠適合課堂演示教學。

（三）傳感器與執行器

傳感器作為虛擬儀器的前端設備，其作用主要是將汽車電子設備、電氣系統的運行工況，及時的收集起來，并按照一定的頻率發送給虛擬儀器的控制臺。這樣教師或學生在操作虛擬儀器時，就可以更加全面和動態的了解汽車電子設備的各項參數。當教師進行演示教學，或是學生進行實踐操作時，各項操作指令就需要通過執行器下達到基礎控制單元，然后完成相關的操作。

三、虛擬儀器在汽車電子教學中的運用

LabVIEW是目前國際應用最廣的虛擬儀器開發環境之一。虛擬儀器利用硬件系統完成信號的采集、測量與調理，利用計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理，利用計算機的顯示器模擬傳統儀器的控制面板，以多種形式輸出測試結果，從而完成所需的各種測試功能。

汽車輪胎壓力檢測系統可以對行駛過程中的輪胎壓力、溫度進行實時監測，異常狀況發生時，自動報警，以保證駕駛員及乘客的安全。系統選用SP12壓力傳感器，AT89C51微處理器和無線發射芯片TLC2543。虛擬儀器前端的傳感裝置，會自動收集汽車輪胎壓力、溫度的實時變化數據，以及電池電壓信號等。然后將這些數據匯總起來，然后利用內置的編碼器進行格式轉化，按照系統設定的頻率發送到虛擬儀器的CPU上。CPU對這些數據信息進行識別，并于數據庫中的標準參數進行對比。如果實測數值超出或低于標準參數的閾值范圍，則系統進行報警，并限制故障基本信息。除此之外，LabVIEW中還設置了防誤差程序，依據軟件濾波的方法消除數據采集誤差干擾，保證測量的壓力數據的精確性，因而保證了乘客和駕駛員的安全。

四、基于LabVIEW的汽車電子教學優化建議

（一）教材理論與實例工程相結合

教師在使用LabVIEW進行汽車電子教學時，一方面要進行必要的理論講解，幫助學生掌握基礎知識，為后期進行實踐操作奠定扎實的基礎;另一方面又要將一些實際的工程案例，添加到LabVIEW中，通過操作、演示，讓學生掌握LabVIEW的操作技巧。教師還要通過定期與學生的交流，掌握學生對汽車電子相關知識的掌握情況，然后以此為基礎制定配套的教學方案，盡可能添加一些符合學生知識水平的工程案例。這樣在課堂教學中，才能夠保證盡可能多的學生參加到LabVIEW技術的學習中，對于切實培養學生虛擬儀器技術運用熟練度起到必要的支持。

（二）注重增加學生操作機會

對于多數初學者來說，虛擬儀器的基本操作是必須要掌握的內容。同時，在不同的汽車電子教學內容中，虛擬儀器的操作方法和功能運用也不盡相同。學生在初學時可能會因為不懂虛擬儀器操作，而出現學習效率較低的問題。針對這種情況，教師要注意加強指導，通過親自演示、小組合作等多種形式，鼓勵學生勇于嘗試運用虛擬儀器技術，在不斷的操作、訓練中，實現技術水平和專業技能的提升。以小組合作學習為例，小組成員之間對虛擬儀器的操作進行相互交流、討論，既可以豐富學習體驗，又能夠熟練掌握操作技術。

在汽車電子教學中恰當的運用一些輔助教學工具，在提高教學效率和保證教學質量等方面發揮了事半功倍的作用。虛擬儀器技術與汽車電子教學有較高的契合度和適用性，要求教師關注學生對基礎知識的掌握情況，然后結合工程實例，向學生講解、演示如何操作虛擬儀器。學生通過反復觀看、大量練習，才能逐漸掌握虛擬儀器的操作技巧。這樣一方面是幫助學生更加全面的掌握理論知識和操作技巧，另一方面對于今后學生在專業領域的自學和成長也提供了幫助。

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