虚拟仪器在汽车检测教学中的应用

廖燕辉

广州华夏职业学院 广东省广州市 510935

1 引言

随着科技的进步，网络技术、虚拟仪器技术在教学中的应用越来越频繁。在汽车检测的教学过程中，经常会遇到学生多、检测设备少的难题。特别是在专业课程的实验、实训教学过程中，往往会因为设备不足，全班同学不能同时参与而采取分组教学的方式。分组授课导致同样的内容，教师重复讲解多次，教学效率低、浪费了师生的时间。因此，本文提出了应用虚拟仪器（LabVIEW）进行解决的措施。

2 确定方案

本文的总体方案如图1所示。通过数据采集卡，把被检测的对象（车辆的电子控制部分）和计算机连接起来，运用图形化的编程软件（LabVIEW）设计检测程序，并启用它的网络功能发送数据。检测程序采集到的数据之后，运用它的网络功能把数据上传到Web，每位学生使用手机或电脑同时查看。和传统的检测手段相比，实现了每位学生同时查看车辆的各种信号、数据，降低了检测设备的经费投入。

3 硬件选择

硬件主要包括被测对象（整车或教学台架）、数据采集卡、计算机、常规接线、手机等。在本系统中，只需要考虑数据采集卡的选择，汽车、计算机、手机、接线等硬件使用现有的就能满足要求。本文选择NI公司的NI USB-6251DAQ卡，这款数据采集卡与LabVIEW软件配套使用，方便可靠。

4 软件选择

本文选择图形化的编程软件（LabVIEW）编写检测程序。LabVIEW是实验虚拟仪器工程平台、图形化编程工具。它主要用于开发测试、测量以及控制系统，全称是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench[1]。LabVIEW的编程工具以图形展示，用户不需要学习和编写复杂的代码，提高了编程效率，降低了学习难度和开发难度。

5 应用程序设计与教学组织过程

5.1 应用程序设计的基本流程

这一部分由授课老师完成，可以组织教师团队进行开发、资源共享、提高效率，或者组成学生兴趣小组，带领学生一起完成，增加学生的学习机会。设计应用程序的基本思路如下：

第一步，根据相关教学内容，确定应用程序需要达到的检测功能；第二步，使用LabVIEW平台开发程序；第三步，仿真调试；第四步，把软件、硬件连接起来进行调试；第五步，教学组织与应用。下面以节气门开度信号的检测为例，具体方案如图2所示。

5.2 节气门位置传感器的信号标定

确定了程序的基本功能之后，首先要对节气门位置传感器的信号进行标定。本文以线性输出型的节气门位置传感器作为研究对象，它应用的是电位计工作原理，它的信号电压随着节气门开度的大小不同而变化。表1中的原始数据用万用表、解码器的等工具从教学台架上的节气门位置传感器获取，并运用Excel表格拟合节气门开度与信号电压之间的关系曲线，如图3所示。

表1 节气门开度与电压的关系

图3 节气门开度信号

根据图3的结果，节气门开度的大小与节气门位置传感器信号电压之间的关系式为：y≈19.97x-9.95，y是节气门开度大小，x是节气门位置传感器的信号电压。信号标定的目是确定某些参数之间的数学关系，是程序设计和运行的依据。

5.3 程序开发

采用LabVIEW平台设计程序，部分截图如图4所示，步骤如下：

（1）使用DAQmx Creat Task.vi创建一个任务并添加task to copy 输入控件；

（2）使用DAQmx Timing.vi设置采样模式为Finite Samples，并为rate、Samples per channel端口添加输入控件；

（3）使用DAQmx Start Task.vi显示启动任务，将数据放入缓存；

（4）使用DAQmx Read.vi读取缓存中的节气门位置传感器输出的电压信号数据样本，并以DBL的数据形式返回，并用“索引数组”控件把节气门位置传感器输出的电压信号数据样本索引出来。

图4 节气门信号采集程序

5.4 调试

调试过程分为仿真调试和实测调试。LabVIEW平台自带仿真功能，在程序编写完成之后，首先应用此功能检查程序编辑语法是否有错误[2]。当程序仿真运行正常之后，通过导线把节气门信号端子和数据采集卡连接起来，数据采集卡与计算机通过USB线连接。这样就建立了软件和硬件之间的信号传输路径，启用LabVIEW程序就能够采集到节气门开度信号，进行实测调试。实际测试的时候，可能会出现信号干扰、采样率设置不当等问题，因此需要根据实际问题对采集程序进行调整，使它稳定工作。当程序稳定工作之后，通过LabVIEW平台内置的网络通信技术，把程序的运行界面送到web。此时，用手机、平板电脑、PC机等具有上网功能的工具登录对应的web网址，即可查看到LabVIEW程序的运行界面。web网址允许多人同时登录[3]，实现师生同时查看，方便教学与交流，教学效率高。

5.5 教学组织过程

第一步，教师带领学生连接需要被检测的传感器信号；第二步，教师操作检测程序，使它稳定运行，并把程序界面发送到web；第三步，把web网址分享给学生，指导学生用手机联网学习；第四步，师生之间、学生之间进行交流学习；第五步，指导学生使用检测程序；第六步，学生提问、教师总结。

6 结语

科技进步的速度越来越快，汽车技术更新的步伐也越来越快，在高职院校汽车维修专业的教学过程中，也应该竭力跟上。汽车维修的专业课程多、理论学习比较枯燥，学生在短时间内同时学习多门专业课程，不能扎实地掌握众多的专业知识点、容易混淆，导致学生对专业课程的学习逐渐丧失信心。把虚拟仪器技术带入课堂，保证每个学生能够参与，增加教学的趣味性、直观性，从而激发学习兴趣。