虛擬儀器技術下的汽車電子專業(yè)教學改革范文

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【摘要】為適應“1+X證書制度”改革，培養(yǎng)“一專多能”的復合型應用技能人才，全面推進教學做一體化，在汽車電子技術專業(yè)教學中使用虛擬儀器技術開發(fā)汽車發(fā)動機教學軟件，提升相關專業(yè)實踐教學條件。實踐證明，采用虛擬儀器技術進行汽車專業(yè)課程實踐教學，將枯燥無味的數(shù)據(jù)進行直觀展示，能有效降低設備成本，提升學生學習興趣，促進人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

【關鍵詞】汽車專業(yè)教學；虛擬儀器；OBD；CAN總線

1引言

在汽車電子技術專業(yè)教學中，需要對各傳感器數(shù)據(jù)進行檢測分析，傳統(tǒng)的教學方式往往將萬用表、示波器等設備車身電子設備線束連接，檢測儀器顯示屏幕小，檢測數(shù)據(jù)單一，不能直觀動態(tài)地進行展示。為探索汽車電子技術相關專業(yè)“教學做一體化”的教學模式改革，豐富課堂教學資源，借助虛擬儀器和CAN總線通訊技術設計一款汽車發(fā)動機教學軟件，連接車輛獲取發(fā)動機各傳感器運行數(shù)據(jù)，設計人機交互界面將數(shù)據(jù)結(jié)果以儀表、波形、數(shù)據(jù)等方式進行動態(tài)顯示，可以連接到投影儀進行展示，以提高課堂的教學效果。

2系統(tǒng)組成與硬件選取

為充分利用現(xiàn)有實訓車輛，系統(tǒng)由實訓車輛、CAN總線數(shù)據(jù)采集卡與便攜式PC機但部分組成。選用CANalyst-Ⅱ分析儀來獲取汽車CAN總線數(shù)據(jù)，它配備了2個通道CAN接口，支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議，支持標準幀和擴展幀。將CANalyst-Ⅱ分析儀一端的CAN總線H信號連接車載OBD接口6號針腳，CAN總線L信號連接14號針腳，另一端通過USB接口連接筆記本電腦，借助于Labview虛擬儀器軟件，便可以讀取汽車CAN總線的數(shù)據(jù)，進行分析與處理，實現(xiàn)動態(tài)儀表化顯示。

3軟件平臺的開發(fā)

軟件設計主要用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理等功能，首先要打開設備并初始化參數(shù)，然后要向車載ECU發(fā)送請求報文，請求某傳感器的實時數(shù)據(jù)，最后接收指定地址發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)車載協(xié)議對數(shù)據(jù)進行解碼并以儀表等方式進行顯示。

3.1設備打開與初始化

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的相應功能，需要調(diào)用CANalyst-Ⅱ分析儀的庫函數(shù)，在Labview中可以采用調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點的方法來實現(xiàn)。調(diào)用VCI_OpenDevice函數(shù)來打開CANalyst-Ⅱ分析儀設備，當該函數(shù)調(diào)用成功之后，設備打開，函數(shù)返回值為1，否則返回值為0。調(diào)用分析儀的VCI_InitCan函數(shù)用以初始化指定的CAN通道。有多個CAN通道時，需要多次調(diào)用。

3.2發(fā)送請求報文

在CAN總線通信中，請求報文最終是以數(shù)組的方式來發(fā)送的。按照CAN報文的格式來創(chuàng)建數(shù)組，每條請求報文需滿足一定格式，其報文長度是11個字節(jié)，其中只有后8個字節(jié)是請求的傳感器數(shù)據(jù)。為了能夠不斷請求動力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在發(fā)送請求報文的程序中使用了“While循環(huán)結(jié)構(gòu)”，每次發(fā)送后程序設計了延時30ms。

3.3接收響應報文并顯示

由于一直在請求發(fā)動機傳感器實時數(shù)據(jù)，多余的數(shù)據(jù)會臨時儲存在設備指定CAN通道的接收緩沖區(qū)中，需要使用VCI_Receive函數(shù)從中讀取數(shù)據(jù)。獲取的數(shù)據(jù)中包含了地址，首先對其進行判定，通常發(fā)動機ECU返回地址為“0x7E8”。使用索引數(shù)組函數(shù)拆分報文數(shù)據(jù)，前3個字節(jié)為PID參數(shù)信息。首先對響應報文的PID代碼進行判定，然后提取報文的數(shù)據(jù)并進行不同方式的顯示。以PID05為例，其代表發(fā)動機冷卻液溫度的數(shù)據(jù)，在報文數(shù)據(jù)第3字節(jié)表示發(fā)動機轉(zhuǎn)速的數(shù)值，換算關系為A-40，獲取數(shù)據(jù)為78H，換算十進制為120，計算得出冷卻液溫度為120-40=80℃。

4教學應用與驗證

在傳統(tǒng)的教學過程中，一般采用測電壓的方法對氧傳感器檢測：正常時氧傳感器電壓在1V以下，若超過1V則為損壞。同時記錄電壓波動的次數(shù)，一般多于8次為正常，否則可能是氧傳感器表面有積炭而使靈敏度降低。借助虛擬儀器技術可以以波形方式顯示氧傳感器電壓值，如圖所示，氧傳感器電壓一般在0.1～0.9V之間波動；若波形在0.5V以上的部分波動較多，則說明混合氣較濃；若波形在0.5V以下波動，則說明混合氣過稀。通過觀察波形的形狀，還可以判斷是否由于噴油器故障或者點火線圈問題而產(chǎn)生了缺火現(xiàn)象。因此，采用波形方式能夠更加直觀地判斷汽車傳感器的故障，本系統(tǒng)與傳統(tǒng)的示波器相比，能夠在同一界面中顯示整車傳感器的運行數(shù)據(jù)，還能夠連接到大屏幕進行投影顯示，數(shù)據(jù)更加直觀，方便維修技師檢測故障和教師進行課堂講授。采用虛擬儀器技術融入到課堂教學中，方便教師開展信息化教學，學生也能更好地學習汽車知識，提高實踐操作技能。

【參考文獻】

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[4]王海寶，吳光杰，譚澤富，聶祥飛.虛擬儀器程序設計與應用[M].西南交通大學出版社，2005：220-226.

作者：王昊 李旦陽 單位：山東信息職業(yè)技術學院