汽车传感器技术实训教学资源建设探究

冯帆

摘要：针对当前汽车传感器技术实训课程教学资源单一，学生学习积极性欠佳，结合职业教育立德树人的根本任务。通过分析汽车传感器技术实训课程教学资源建设所涉及的建设整体方案、资源设计、教学模式、教学评价体系等多方面问题，结合大学生“恩智浦”智能车竞赛开发实训资源，提出了汽车传感器技术实训建设具体实施路径，为汽车类职业教育实训课程资源开发提供参考方案。

Abstract： In view of the current automobile sensor technology training course teaching resources are single， students' learning enthusiasm is not good， combined with the basic task of vocational education. Based on the analysis of the overall construction scheme， resource design， teaching mode， teaching evaluation system and other problems involved in the teaching resources construction of the practical training course of automobile sensor technology， combined with the development of the practical training resources of the "NXP" intelligent car competition for college students， the specific implementation path of the practical training construction of automobile sensor technology is put forward. It provides a reference scheme for the development of practical training course resources of automobile vocational education.

关键词：汽车传感器;智能车竞赛;教学模式;教学评价体系

Key words： automobile sensor;smart car competition;teaching mode;teaching evaluation system

中图分类号：U46                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）19-0256-02

1  实训课程资源建设现状

汽车传感器技术实训目前面临的问题主要为：现阶段汽车已经迈入智能化、互联化时代，传统教学内容不适应未来的工作要求;汽车传感器实训设备更新快，汽车的新技术每年都有所突破，学校不能实时更新设备;学生的学习兴趣不高，现在汽车已经是生活中最普遍的一个消费品，学生缺乏对汽车足够的兴趣。为解决这个问题，本项目基于大学生“恩智浦”智能车竞赛，开发实训资源，鼓励学生学习智能车控制方法，锻炼动手能力和创新能力，也激发了学生的学习兴趣。

2  实训课程资源建设整体方案

汽车传感器技术实训要求学生制作一辆微机控制智能电动模型车，培养学生掌握传感器相关技术，并具备灵活使用相关传感器的能力。在制作基于微机控制的电动模型车前需要进行系统构架设计，设计框架如图1所示。智能模型车需要对赛道两侧的黑线边线进行检测，为了完成这项任务，并保证结构的稳定性，应尽量减少组件，用最少的组件制作就会降低故障率，避免出现烧坏核心板的事故。

3  基于能力培养的课程资源设计

微机控制智能电动模型车是以汽车传感器技术为基础，涵盖汽车、电子、自动化、计算机、通讯等多领域知识的专业。在培养学生时，除了掌握传感器基础专业知识、传感器使用与标定的专业能力之外，还需要着重各种知识综合应用、并通过编程手段实现的能力的训练和培养。本实训项目是知识综合训练的项目，通过在模型汽车底盘的基础上增加先进的传感器（摄像头、雷达模块等）搭建智能车，运用编程语言，实现智能车的加速、减速、转向、识别等功能，使学生深入理解传感器基本原理（包括感知、控制、執行等系统的构成），掌握智能车控制及硬件编程基本方法，激发对汽车传感器技术的兴趣，为后续的汽车电子类专业课程学习打下良好基础[2-3]。

3.1 系统控制板设计

本项目采用K60最小系统控制板，最小系统引脚包括电源类：输入VDD、VSS、VBAT、VDDA/VSSA、VREFH/VREFL、VREG_IN，输出VREF_OUT、VOUT33;晶振类EXTAL，EXTAL32/XTAL32;写入器JTAG_TMS、JTAG_TCLK、JTAG_TDI、JTAG_TDO、EZP_CS_b。K60具有I/O端口A、B、C、D、E，分别为26口、20口、20口、16口、16口、18口，总计共100个端口。系统板根据一定的算法，控制舵机、电机和LCD显示，控制各种参数的设置。

3.2 姿态控制模块设计

姿态控制主要由齿轮盘、一套调速齿轮组、控制电路、电动机、检测位置的传感器组成。K60给控制电路发送信号，调整电动机转速，输出的转速有调速齿轮进行减速，传给齿轮盘。

电动机输出为三条线：红色是供电线，黑色是接地线，橙色是信号线，脉宽调制信号周期为20ms，电压值为5V，0.5ms的脉宽对应，右转极限;1.5ms的脉宽对应，中间位置;2.5ms的脉宽对应，左转极限。对应齿轮盘的是0到180度，呈线性变化。舵机控制转向不会因为车轮受到的侧向力发生变化而变化，而是根据PWM脉宽调制信号的变化，来调整齿轮盘的输出输出角度，所以说转向的核心就是调整PWM信号。

3.3 编码器模块设计

编码器是把信号和数据进行处理，本项目采用的是把齿轮的旋转角位移转变成电信号的欧姆龙编码器。为了获得基于数字信号的齿轮角速度、角位移，欧姆龙编码器采用了光电码盘，以光电转换后对应的数字信号作为输出值。为了判断是正转还是翻转，编码器读取a、b、c、d四个相差90度的正弦波，当a波形提早于b波形90度，为正转，当a波形滞后于b波形90度，为反转。c、d两相的波形取反可加强a、b波形的强度，防止失真。

3.4 传感器程序调试模块设计

为了培养学生的学习主动性与计算机编程能力，本項目采用C语言编写相关程序，用IAR软件进行编译，通过J-Link下载器把程序烧写到核心板之中。

编译程序包括“motor_control”电机控制文件，“duoji_ctl”舵机控制文件，“dianji_ctl”电机PID控制文件，“flash”K60flash擦除/写入程序文件，“bmp”图像数据、宽、高存储文件等，对于K60驱动程序采用Freescale的参考程序。

IAR软件是众多的C/C++的编译软件之一，具有完备的嵌入式集成开发功能，支持市面上绝大多数的微处理器，广泛的应用于航空航天、汽车电子、工业控制等领域。

J-Link下载器是ARM单片机编程仿真器的一种，遵照了开源协议，可以很好的兼容ARM全系列单片机的烧录调试。供电电压为3.3V，下载方式为OpenSDA。下载程序出失败要注意：核心板未使用外部供电，检查跳线帽是否存在，若存在可以将跳线帽连上，用在供电模式下烧录程序;显示不出对应的端口号，烧录不成功时要看是否识别J-Link设备，或者重新装载驱动程序;下载器显示正常，但烧录不成功，要检查J-Link引脚顺序和系统板的引脚顺序是否匹配一致。

4  实施“两引一导”教学模式

通针对汽车传感器技术实训课程综合性强、技能点多、内容跨度大的特点，积极探索多元优质的教学模式和课堂模式，结合智能新能源汽车1+X证书考核要点，实施任务引领、工单引导、问题导向的“两引一导”教学模式，培养学生的动手能力和科技创新能力，由学生动手制作搭载有不同类型传感器的智能车模型，从整车层面上培养学生的综合知识运用能力。运用车间式、案例式、小组探究式课堂教学方法，在整车调试环节，积极探索“专家远程指导+竞赛比拼”的实时互动教学。教学中强化学生主体地位，打造高效课堂，加强教学创新团队培养，借助信息化教学手段，提高教师教学设计能力，全面推行专兼职教师分工协作模块化教学。

实训项目不断优化升级，适应汽车智能技术发展需求，产教深度融合，破除传统教学滞后于前沿技术应用的矛盾，课程组编写动态迭代的活页式教案。基于虚拟仿真云平台、百度阿波罗无人驾驶开源系统，搭建具有创新性、趣味性、教育性的项目载体。在研究的过程中，针对发现的短板和瓶颈进行诊断和改进，不断提升课程专业目标和能力培养目标的达成度。

5  构建“双主体、全流程”教学评价体系

结合智慧职教线上平台的优势，构建“双主体、全流程”在线教学评价体系。该体系具有“师生双主体体、评价全流程”的特点，即在教学准备、教学实施、教学反馈与改进三大教学环节中同步开展评教和评学，教师（企业兼职教师和学校专职教师）和学生在教学全过程中成为平等的评价主体。利用智慧职教平台的即时评价、汇总、分析与反馈等功能，为实训教与学的改进提供参考。

“双主体、全流程”将教学环节与评价反馈环节有机结合。鼓励学生以在线的方式参与在教学准备环节，包括课程能力素养评价、教学策略与方法的选择是否得当等。教师要充分听取学生的意见和建议，做到“以学生为中心”。在教学实施环节，教师要根据学生在线反馈与改进的即时性与有效性，实现教学相长，提升教学质量。按照实时评价和反馈内容及时修正教学思路、调整教学方法、优化教学内容。在教学反馈与改进环节，运用智慧职教平台即时评价，进行成果发布，开展分层评价，让每个学生了解自己，以改正缺点，发扬优点，明确改进方向。

6  结论

通过走访企业，开展问卷调查，将调研结果与课程目标要求对接，筛选能力培养要点。通过开展专家远程指导、翻转课堂、线上教学、现场实操等多样化的学习形式，实施“两引一导”教学模式，培养学生专业技能和创新能力，并引入赛场竞技的方式对学习效果进行考核，全面提升能力培养效果，优化汽车类岗位能力要求在课程中的展现形式、内容衔接、考核办法及评价机制。

参考文献：

[1]刘允峰，韩建群.基于飞思卡尔S12单片机的智能车系统设计与实现[J].渤海大学学报（自然科学版），2015（36）.

[2]周华祥.汽车电器实训教学模式及其运行机制创新探索与实践[J].湖北理工学院学报，2015（31）.

[3]毛群，宋永，刘德春，黄学川.基于大学生智能车竞赛的电子技术课程教学改革初探[J].教育观察，2019（32）.

[4]吴传洁，熊斯鹏，黄敏.一种基于物联网的智能车道控制器的设计和应用[J].电子产品世界，2020（02）.

[5]张尔利，刘学军，刘存香.多技术融合的车用传感器与执行器实训系统研制[J].西部交通科技，2010（1）：71-74，83.

[6]陈海军，黄云奇.基于工作过程的汽车发动机传感器教学改革的探讨与实践[J].金山，2011（2）：44-45.

[3]李海岗，吴喜骊，吕凯，等.基于虚拟仿真技术的汽车电子实践教学研究[J].实验室科学，2019，22（5）：55-57.