虚拟仪器技术在汽车电子教学中的运用
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摘 要：现在汽车中电子设备的种类和数量不断增加，给电子设备的常规检测和故障排查增加了难度。在进行汽车电子教学中，为了让学生能够更加直观的了解各类电子设备的工作状态，需要引进虚拟仪器技术，发挥一定的辅助作用，对提高汽车电子教学质量有积极帮助。本文首先对虚拟仪器技术的教学应用优势进行了概述，随后就虚拟仪器的系统组成，以及在汽车电子教学中的具体运用展开了简要分析，最后结合实际教学经验，提出了优化虚拟仪器技术应用的几点建议。
关键词：虚拟仪器;汽车电子教学;信号采集卡;PC机软件
汽车电子是一项理论与实践并重的课程，教师在教学过程中，除了要帮助学生掌握相关理论知识外，还要借助于虚拟仪器等辅助工具，让学生也有进行系统操作、仿真分析等实践的机会。从现阶段的汽车行业发展趋势也可以看出，未来汽车中各类电子设备、电气系统的数量将会进一步增加，学生只有熟练运用虚拟仪器技术，才能更好的适应行业发展需要，这对于学生今后的求职就业和个人发展也大有裨益。在这一背景下，探究如何在汽车电子教学中运用虚拟仪器技术提高教学质量具有重要价值。
一、汽车电子教学中虚拟仪器技术的应用价值
（一）操作方便，让课堂教学更加直观
以往的汽车电子教学中，教师主要是依托书本教材，通过图文配合的形式，让学生了解汽车常见电子设备、电气系统，并掌握其运行原理和常见故障的排查方法。但是由于汽车电子设备只能以二维平面的形式展现出来，对学生的空间思维和想象能力都提出了严格要求。对于很多初学者来说，具有很大的学习难度。而将虚拟仪器技术应用到汽车电子教学中，则可以将原本静态的、平面的图像，转化为动态的、立体的模型，这样就可以为学生带来更加直观的印象，学习难度也会降低，对于提高汽车电子课堂教学效率也有较大的帮助。
（二）激发兴趣，实现了师生课堂互动
汽车电子教学过程中，教师为了节约教学时间，完成教学任务，采用“满堂灌”的方式进行教学。在这种教学模式下，学生的个性得不到关注，学习问题不能得到及时的解决。而汽车电子内容本身包含一些抽象性的知识，如果师生之间缺乏互动，学生也会因为学习难度大而逐渐失去兴趣。虚拟仪器技术的应用优势之一，就是为师生进行课堂活动提供了良好的渠道。例如，教师在讲解虚拟仪器的操作要领时，可以边讲解、边提问，学生有哪些不懂的问题，可以提出并得到教师的解答。这样在学生自己操作时，也会更加熟练的运用虚拟仪器。
（三）为学生提供了更多实操机会
汽车电子教学致力于培养理论与实践与一体的复合型人才，但是以往的教学中，由于教师教学观念落后、学校实训环境缺乏等因素的限制，多数时间都是在课堂上讲解理论，学生真正进行实践训练的机会相对偏少。这种教学模式的弊端不仅是导致学生实践能力和知识运用水平偏差，不符合当前市场对于复合型汽车专业人才的需求，而且也不利于培养学生自主学习和探究创新的能力，从长远来看也不利于学生的成长和发展。相比之下，在引进虚拟仪器技术后，学生则可以在教师的指导下，尝试操作虚拟仪器，完成运算分析和数据处理，让学生的专业技术应用水平得到了提升。
二、虚拟仪器的主要组成
（一）信号采集卡
本文所用的信号采集卡为北京中泰创研科技有限公司的RM4018i，其具有远端模拟量采集模块。适用于各类工业现场，可输入8路电压信号，并通过RS485接口，与上位机进行实时通讯。该装置可用于测量车上各传感器的电压值、喷油器的喷油脉冲宽度、开关信号的状态等闭。测量所得的结果RS485接口送到PC机，可通过界面实时的观测各个系统的情况。RM4018i远端模拟量采集模块由CPU、光电隔离、D/A转换、通道转换、RS485接口、站址开关等组成。
（二）PC机软件
PC端上安装的各类功能性软件，为教师演示教学和学生操作实践提供了方便。根据虚拟仪器类型和功能的不同，PC机上安装的系统软件也存在较大的差异。例如目前汽车电子教学常用虚拟仪器LabVIEW，搭载的PC软件主要有图形化编程软件，三维建模软件等。这些软件的应用，一方面是让虚拟仪器的应用更加人性化，操作界面也更加美观和实用;另一方面也能够适合课堂演示教学。
（三）传感器与执行器
传感器作为虚拟仪器的前端设备，其作用主要是将汽车电子设备、电气系统的运行工况，及时的收集起来，并按照一定的频率发送给虚拟仪器的控制台。这样教师或学生在操作虚拟仪器时，就可以更加全面和动态的了解汽车电子设备的各项参数。当教师进行演示教学，或是学生进行实践操作时，各项操作指令就需要通过执行器下达到基础控制单元，然后完成相关的操作。
三、虚拟仪器在汽车电子教学中的运用
LabVIEW是目前国际应用最广的虚拟仪器开发环境之一。虚拟仪器利用硬件系统完成信号的采集、测量与调理，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机的显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式输出测试结果，从而完成所需的各种测试功能。
汽车轮胎压力检测系统可以对行驶过程中的轮胎压力、温度进行实时监测，异常状况发生时，自动报警，以保证驾驶员及乘客的安全。系统选用SP12压力传感器，AT89C51微处理器和无线发射芯片TLC2543。虚拟仪器前端的传感装置，会自动收集汽车轮胎压力、温度的实时变化数据，以及电池电压信号等。然后将这些数据汇总起来，然后利用内置的编码器进行格式转化，按照系统设定的频率发送到虚拟仪器的CPU上。CPU对这些数据信息进行识别，并于数据库中的标准参数进行对比。如果实测数值超出或低于标准参数的阈值范围，则系统进行报警，并限制故障基本信息。除此之外，LabVIEW中还设置了防误差程序，依据软件滤波的方法消除數据采集误差干扰，保证测量的压力数据的精确性，因而保证了乘客和驾驶员的安全。 四、基于LabVIEW的汽车电子教学优化建议
（一）教材理论与实例工程相结合
教师在使用LabVIEW进行汽车电子教学时，一方面要进行必要的理论讲解，帮助学生掌握基础知识，为后期进行实践操作奠定扎实的基础;另一方面又要将一些实际的工程案例，添加到LabVIEW中，通过操作、演示，让学生掌握LabVIEW的操作技巧。教师还要通过定期与学生的交流，掌握学生对汽车电子相关知识的掌握情况，然后以此为基础制定配套的教学方案，尽可能添加一些符合学生知识水平的工程案例。这样在课堂教学中，才能够保证尽可能多的学生参加到LabVIEW技术的学习中，对于切实培养学生虚拟仪器技术运用熟练度起到必要的支持。
（二）注重增加学生操作机会
对于多数初学者来说，虚拟仪器的基本操作是必须要掌握的内容。同时，在不同的汽车电子教学内容中，虚拟仪器的操作方法和功能运用也不尽相同。学生在初学时可能会因为不懂虚拟仪器操作，而出现学习效率较低的问题。针对这种情况，教师要注意加强指导，通过亲自演示、小组合作等多种形式，鼓励学生勇于尝试运用虚拟仪器技术，在不断的操作、训练中，实现技术水平和专业技能的提升。以小组合作学习为例，小组成员之间对虚拟仪器的操作进行相互交流、讨论，既可以丰富学习体驗，又能够熟练掌握操作技术。
在汽车电子教学中恰当的运用一些辅助教学工具，在提高教学效率和保证教学质量等方面发挥了事半功倍的作用。虚拟仪器技术与汽车电子教学有较高的契合度和适用性，要求教师关注学生对基础知识的掌握情况，然后结合工程实例，向学生讲解、演示如何操作虚拟仪器。学生通过反复观看、大量练习，才能逐渐掌握虚拟仪器的操作技巧。这样一方面是帮助学生更加全面的掌握理论知识和操作技巧，另一方面对于今后学生在专业领域的自学和成长也提供了帮助。
参考文献：
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[3]王丁，王财进，徐宁，等.基于虚拟仪器技术的地面电子单元自动测试系统研究[J].铁道标准设计，2018，62（8）.
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