虛擬儀器在汽車檢測教學中的應用

廖燕輝

廣州華夏職業學院 廣東省廣州市 510935

1 引言

隨著科技的進步，網絡技術、虛擬儀器技術在教學中的應用越來越頻繁。在汽車檢測的教學過程中，經常會遇到學生多、檢測設備少的難題。特別是在專業課程的實驗、實訓教學過程中，往往會因為設備不足，全班同學不能同時參與而采取分組教學的方式。分組授課導致同樣的內容，教師重復講解多次，教學效率低、浪費了師生的時間。因此，本文提出了應用虛擬儀器（LabVIEW）進行解決的措施。

2 確定方案

本文的總體方案如圖1所示。通過數據采集卡，把被檢測的對象（車輛的電子控制部分）和計算機連接起來，運用圖形化的編程軟件（LabVIEW）設計檢測程序，并啟用它的網絡功能發送數據。檢測程序采集到的數據之后，運用它的網絡功能把數據上傳到Web，每位學生使用手機或電腦同時查看。和傳統的檢測手段相比，實現了每位學生同時查看車輛的各種信號、數據，降低了檢測設備的經費投入。

3 硬件選擇

硬件主要包括被測對象（整車或教學臺架）、數據采集卡、計算機、常規接線、手機等。在本系統中，只需要考慮數據采集卡的選擇，汽車、計算機、手機、接線等硬件使用現有的就能滿足要求。本文選擇NI公司的NI USB-6251DAQ卡，這款數據采集卡與LabVIEW軟件配套使用，方便可靠。

4 軟件選擇

本文選擇圖形化的編程軟件（LabVIEW）編寫檢測程序。LabVIEW是實驗虛擬儀器工程平臺、圖形化編程工具。它主要用于開發測試、測量以及控制系統，全稱是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench[1]。LabVIEW的編程工具以圖形展示，用戶不需要學習和編寫復雜的代碼，提高了編程效率，降低了學習難度和開發難度。

5 應用程序設計與教學組織過程

5.1 應用程序設計的基本流程

這一部分由授課老師完成，可以組織教師團隊進行開發、資源共享、提高效率，或者組成學生興趣小組，帶領學生一起完成，增加學生的學習機會。設計應用程序的基本思路如下：

第一步，根據相關教學內容，確定應用程序需要達到的檢測功能；第二步，使用LabVIEW平臺開發程序；第三步，仿真調試；第四步，把軟件、硬件連接起來進行調試；第五步，教學組織與應用。下面以節氣門開度信號的檢測為例，具體方案如圖2所示。

5.2 節氣門位置傳感器的信號標定

確定了程序的基本功能之后，首先要對節氣門位置傳感器的信號進行標定。本文以線性輸出型的節氣門位置傳感器作為研究對象，它應用的是電位計工作原理，它的信號電壓隨著節氣門開度的大小不同而變化。表1中的原始數據用萬用表、解碼器的等工具從教學臺架上的節氣門位置傳感器獲取，并運用Excel表格擬合節氣門開度與信號電壓之間的關系曲線，如圖3所示。

表1 節氣門開度與電壓的關系

圖3 節氣門開度信號

根據圖3的結果，節氣門開度的大小與節氣門位置傳感器信號電壓之間的關系式為：y≈19.97x-9.95，y是節氣門開度大小，x是節氣門位置傳感器的信號電壓。信號標定的目是確定某些參數之間的數學關系，是程序設計和運行的依據。

5.3 程序開發

采用LabVIEW平臺設計程序，部分截圖如圖4所示，步驟如下：

（1）使用DAQmx Creat Task.vi創建一個任務并添加task to copy 輸入控件；

（2）使用DAQmx Timing.vi設置采樣模式為Finite Samples，并為rate、Samples per channel端口添加輸入控件；

（3）使用DAQmx Start Task.vi顯示啟動任務，將數據放入緩存；

（4）使用DAQmx Read.vi讀取緩存中的節氣門位置傳感器輸出的電壓信號數據樣本，并以DBL的數據形式返回，并用“索引數組”控件把節氣門位置傳感器輸出的電壓信號數據樣本索引出來。

圖4 節氣門信號采集程序

5.4 調試

調試過程分為仿真調試和實測調試。LabVIEW平臺自帶仿真功能，在程序編寫完成之后，首先應用此功能檢查程序編輯語法是否有錯誤[2]。當程序仿真運行正常之后，通過導線把節氣門信號端子和數據采集卡連接起來，數據采集卡與計算機通過USB線連接。這樣就建立了軟件和硬件之間的信號傳輸路徑，啟用LabVIEW程序就能夠采集到節氣門開度信號，進行實測調試。實際測試的時候，可能會出現信號干擾、采樣率設置不當等問題，因此需要根據實際問題對采集程序進行調整，使它穩定工作。當程序穩定工作之后，通過LabVIEW平臺內置的網絡通信技術，把程序的運行界面送到web。此時，用手機、平板電腦、PC機等具有上網功能的工具登錄對應的web網址，即可查看到LabVIEW程序的運行界面。web網址允許多人同時登錄[3]，實現師生同時查看，方便教學與交流，教學效率高。

5.5 教學組織過程

第一步，教師帶領學生連接需要被檢測的傳感器信號；第二步，教師操作檢測程序，使它穩定運行，并把程序界面發送到web；第三步，把web網址分享給學生，指導學生用手機聯網學習；第四步，師生之間、學生之間進行交流學習；第五步，指導學生使用檢測程序；第六步，學生提問、教師總結。

6 結語

科技進步的速度越來越快，汽車技術更新的步伐也越來越快，在高職院校汽車維修專業的教學過程中，也應該竭力跟上。汽車維修的專業課程多、理論學習比較枯燥，學生在短時間內同時學習多門專業課程，不能扎實地掌握眾多的專業知識點、容易混淆，導致學生對專業課程的學習逐漸喪失信心。把虛擬儀器技術帶入課堂，保證每個學生能夠參與，增加教學的趣味性、直觀性，從而激發學習興趣。