Proteus软件在汽车电气设备构造与维修课程教学中的应用

曹阳明，李苗，崔丹丹，张雷，李雅荣

（新疆交通职业技术学院，新疆 乌鲁木齐 831401）

引言

汽车电气设备构造与维修课程是汽车类专业的核心课程，培养学生具备较强的汽车电气设备故障分析和动手排故能力。随着汽车电子技术的快速发展以及电气设备课程实验实训平台的不足和老化，导致部分实验无法正常开展。如何提高学生对汽车电气设备电路工作原理的理解以及综合故障的分析能力迫在眉睫。

《汽车电气设备构造与维修》是从事汽车机电维修岗位人员的必修课程，课程具有较强的理论性和实操性，通过理实一体化教学，使学生能够掌握汽车电源系统、起动系统、车身辅助电气系统、灯光及信号控制系统、汽车空调系统等电子控制系统工作原理及综合故障诊断，增强学生综合分析问题和解决问题的能力、实践操作的技能。但随着高职院校的扩招以及汽车产品的快速更新换代，经历折旧损耗的汽车电气设备实训平台无法满足实际教学需求，相关学者针对此问题也进行了研究，栗少云、杨永德、陈彩娟等根据电工电子技术课程内容特点、实验实训设备条件及实训课目前现状，在课程中引入Proteus仿真软件，可对电路进行设计验证，动态逼真展示电路工作原理，极大提升学生学习兴趣和教学效果[1-4]。黑帅提出在西部高职院校现有教育教学资源不足情况下开展“虚实结合—软硬结合”的单片机课程实验教学模式[5]。杨晓玲针对传统汽修专业教学过程中存在的问题，分析了在汽修技术专业教学中运用信息化技术的重要性[6]。通过实际课程教学应用表明：在汽车电气设备构造与维修课程中利用Proteus软件进行电路的设计仿真以及综合故障模拟，生动形象，可以极大提高学生学习兴趣和对课程内容的理解，同时为后续专业课程的学习奠定了良好的基础。

1 Proteus简介

Proteus软件是英国Lab Center Electronics公司开发EDA工具软件。可帮助快速实现模拟电路、数字电路及单片机控制系统的设计与仿真，并且提供了相关外围器件仿真及PCB板的设计。Proteus软件具备丰富的元器件库，可以帮助快速便捷的设计控制电路和模拟电路故障设置，同时Proteus软件也提供了适用于电路测试分析的各种虚拟仪器，帮助快速查找定位解决故障。

2 Proteus在汽车电气设备构造与维修课程中的应用

在汽车电气设备构造与维修课程中对控制电路工作原理的理解尤为重要，只有理论知识与实践操作相结合才能快速精准定位解决故障，但是汽车电气设备控制电路图纸复杂且不够生动形象，学生理解难度较大，因此通过Proteus软件设计典型汽车电气设备控制电路，实现电路工作的仿真控制以及综合故障模拟分析。

2.1 汽车闪光继电器控制电路仿真设计

汽车闪光继电器是控制汽车转向信号灯的重要元器件，实现汽车转向信号灯一亮一灭的闪光效果，表明汽车即将转向，提醒后方车辆注意。汽车闪光继电器控制电路组成包括蓄电池、继电器、NPN、PNP类型三极管、电阻、陶瓷电容、电解电容以及转向信号灯。

图1 汽车闪光继电器工作原理模拟图

工作原理分析：当按下转向开关时，PNP三极管Q1发射结正偏，三极管导Q1通，随后给电解电容C1充电，与此同时NPN型三极管Q2发射结也正偏，三极管Q2导通，三极管Q2导通后继电器线圈通电，常开触点吸合，转向指示灯点亮。当电解电容C1充电后，三极管Q1基极电压逐渐升高，直至三极管Q1发射结反偏，三极管Q1截止。三极管Q2基极电压被下拉电阻R4拉低，三极管Q2也会截止，继电器线圈断电，继电器常开触点断开，转向指示灯熄灭，此时电解电容C1通过电阻R1以及转向信号灯对地放电，三极管Q1基极电压逐渐降低，直到三极管Q1发射结再次正偏，三极管Q1导通，周而复始。可通过改变电解电容C1容量大小，调节转向灯闪烁频率。

2.2 汽车鼓风机控制电路设计及故障模拟

鼓风机控制电路由蓄电池、保险、点火开关、鼓风机继电器、鼓风机、鼓风机电阻、鼓风机控制开关组成。

工作原理分析：由模拟仿真电路图可知，开启鼓风机首先需要打开点火开关，鼓风机开关控制鼓风机转速，实质是在鼓风机电路中串入相应的电阻实现调速，串入电阻越少鼓风机转速越高，并可仿真实现对电路实际工作过程模拟。

鼓风机控制电路模拟故障设置：在鼓风机控制电路鼓风机电阻中串联一个开关，打开开关时，模拟鼓风机电阻R2断路，快速便捷仿真汽车鼓风机控制电路故障，并通过模拟演示观察故障现象可知，当鼓风机控制开关在1档、2档时鼓风机不工作，而在3档、4档时鼓风机正常工作。

图2 汽车鼓风机工作控制电路及故障模拟原理图

3 结束语

Proteus软件在汽车电气设备构造与维修课程中的应用，解决了电气设备课程实训平台紧张和实训车辆故障点设置带来的损耗问题，也解决了因车辆的更新换代无法实车训练的问题，同时极大地提升了学生设计分析电气设备控制电路的能力，通过对汽车电气设备电路故障点的模拟仿真，可以让学生快速观察到故障现象，也提升了学生综合分析解决故障问题的能力。