【摘 要】本文論述汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，提出運(yùn)用LI-561ubuntu15.01型號(hào)服務(wù)器為系統(tǒng)程序運(yùn)行提供環(huán)境，采用型號(hào)為HYVJ-KIBI152數(shù)據(jù)采集板卡采集汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬量數(shù)據(jù)，以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì);利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口程序、驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)采集板卡與模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器采集和處理數(shù)據(jù)，并將其儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)模擬仿真教學(xué)單元仿真模擬教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)中汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué)。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的教學(xué)資源分配正確數(shù)量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】汽車(chē)電子控制技術(shù) 可視化教學(xué)系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)? 軟件設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）39-0190-03

汽車(chē)電子控制技術(shù)是現(xiàn)代電子技術(shù)與汽車(chē)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，其涉及內(nèi)容比較廣泛，其中包括電控電子點(diǎn)火技術(shù)、電控定速導(dǎo)航技術(shù)、電控防抱死剎車(chē)技術(shù)、電控汽車(chē)燃油噴射技術(shù)、電子控制變速技術(shù)以及電子控制懸架技術(shù)等。作為一種科學(xué)的控制技術(shù)，汽車(chē)電子控制技術(shù)對(duì)汽車(chē)控制能力的提升具有重要作用。隨著電子技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，汽車(chē)電子控制技術(shù)也成為汽車(chē)維修人員的必學(xué)內(nèi)容。但是，由于汽車(chē)電子控制技術(shù)內(nèi)容廣泛、技術(shù)難度較高，汽車(chē)維修專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)相對(duì)比較困難，雖然在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)用了教學(xué)系統(tǒng)，但是傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)卡頓，且對(duì)汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)資源分配精度較低，導(dǎo)致汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)效果較差，因此有必要設(shè)計(jì)與應(yīng)用汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)。可視化教學(xué)系統(tǒng)主要是憑借計(jì)算機(jī)技術(shù)的幫助完成各種教學(xué)活動(dòng)，令學(xué)生更加真實(shí)地了解和掌握所學(xué)習(xí)的內(nèi)容。筆者在傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種更適用于汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)的可視化教學(xué)系統(tǒng)，仿真和模擬汽車(chē)電子控制技術(shù)的所有教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的教學(xué)資源分配正確數(shù)量較高，為教師提供一個(gè)良好的教學(xué)平臺(tái)。

一、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)可視化教學(xué)需求，在系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)了服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集板卡以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其硬件組成如圖1所示。

除了服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集板卡、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器這3個(gè)硬件外，還有硬盤(pán)、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等一些基本硬件，這些基本硬件不作為此次研究重點(diǎn)，以下將對(duì)上述提到的3個(gè)核心硬件進(jìn)行詳細(xì)描述。

（一）服務(wù)器。選用LI-561ubuntu15.01型號(hào)的服務(wù)器設(shè)備為汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行提供硬件環(huán)境，LI-561ubuntu15.01型號(hào)服務(wù)器的配置為雙核CPU，外設(shè)多個(gè)可擴(kuò)展處理器，內(nèi)存大小為6GB，硬盤(pán)32GB。表1為L(zhǎng)I-561ubuntu15.01型號(hào)服務(wù)器的硬件環(huán)境配置。

LI-561ubuntu15.01型號(hào)服務(wù)器具備圖形處理、現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列兩個(gè)選項(xiàng)，可以適應(yīng)任何系統(tǒng)應(yīng)用程序，可以幫助汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行，并利用該硬件設(shè)備以提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的性能。

（二）數(shù)據(jù)采集板卡。數(shù)據(jù)采集板卡主要是采集涉及汽車(chē)電子控制技術(shù)的主要設(shè)備模擬量數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，采用上海科華公司研發(fā)的型號(hào)為HYVJ-KIBI152數(shù)據(jù)采集板卡，該數(shù)據(jù)采集板卡性能高，且數(shù)據(jù)采集速度較快，通過(guò)一個(gè)2路六位模擬量輸入模塊，采集關(guān)于汽車(chē)電子控制技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射模擬量、汽車(chē)廢氣含氧量、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射溫度模擬量、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和出氣模擬量等模擬數(shù)據(jù)，通過(guò)ISA總線(xiàn)使服務(wù)器與數(shù)據(jù)采集板卡互聯(lián)，即可控制數(shù)據(jù)采集板卡運(yùn)行。

（三）模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)采集板卡采集到的模擬量數(shù)據(jù)不服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行需求，因此利用模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的精準(zhǔn)度直接影響此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精準(zhǔn)度和教學(xué)數(shù)據(jù)采集速度，因此根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇型號(hào)為AGVD-SDNV120的32位半閃速結(jié)構(gòu)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器不僅具備高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的功能，并且AGVD-SDNV120模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器還具有轉(zhuǎn)換保持電路。可以將汽車(chē)電子控制技術(shù)相關(guān)設(shè)備輸出模擬量數(shù)據(jù)信號(hào)的占空比經(jīng)隔離轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)12-32mA/2-22V的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集板卡采集信號(hào)的隔離放大和顯示控制功能。AGVD-SDNV120模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器同一模塊內(nèi)集成了多路高隔離DC/DC電源模擬量數(shù)據(jù)隔離控制電路等，適用于在可視化教學(xué)過(guò)程中將汽車(chē)電子控制技術(shù)相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的模擬量信號(hào)還原、隔離、變送。該型號(hào)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)為：22V多電源供電、分辨率為32位、25MSPS最大轉(zhuǎn)換速率、100ms轉(zhuǎn)換周期、3.2個(gè)始終的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等待時(shí)間。AGVD-SDNV120模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的各個(gè)引腳排列及對(duì)應(yīng)功能如表2所示。

外部時(shí)鐘信號(hào)由AGVD-SDNV120的C時(shí)鐘信號(hào)輸入腳傳輸，由內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器轉(zhuǎn)換為單路時(shí)鐘信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)兩路采樣比較器，由編碼器生成數(shù)字信號(hào)，由高四位和低四位合并形成最終的14位傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)設(shè)計(jì)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集板卡和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，采用MCGS組態(tài)軟件、VB語(yǔ)言編制軟件模擬采集和處理汽車(chē)電子控制技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)模擬仿真教學(xué)單元，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)，以下詳細(xì)說(shuō)明系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

（一）汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬數(shù)據(jù)采集與處理。若要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)，首先，需要采集與處理該技術(shù)的模擬數(shù)據(jù)，在這一過(guò)程采用MCGS組態(tài)軟件來(lái)完成。在組態(tài)軟件運(yùn)行中，通過(guò)設(shè)定數(shù)據(jù)采集板卡對(duì)模擬量數(shù)據(jù)采集周期調(diào)用接口，通過(guò)接口連接組態(tài)軟件與數(shù)據(jù)采集板卡驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集板卡與組態(tài)軟件之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換。根據(jù)模擬數(shù)據(jù)采集要求，調(diào)用組態(tài)軟件窗口中的子窗口，將汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬量數(shù)據(jù)輸入與輸出通道的信號(hào)建立聯(lián)系。其次，采用VB語(yǔ)言編制組態(tài)軟件驅(qū)動(dòng)程序，采集與處理汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬數(shù)據(jù)。最后，組態(tài)軟件將處理后的所有汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬教學(xué)。

（二）實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué)。將組軟件采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和展示，對(duì)實(shí)物模擬化展示是系統(tǒng)最核心的功能。根據(jù)汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)需求，在系統(tǒng)中增加技術(shù)模擬仿真教學(xué)單元，該仿真單元包括電控電子點(diǎn)火仿真、電控定速導(dǎo)航仿真、電控防抱死剎車(chē)仿真、電控汽車(chē)燃油噴射仿真、電子控制變速仿真以及電子控制懸架仿真等，通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中采集到的模擬量數(shù)據(jù)，模擬仿真教學(xué)單元即模擬仿真所需要教學(xué)的技術(shù)。模擬仿真教學(xué)過(guò)程如下：進(jìn)入模擬仿真教學(xué)單元主頁(yè)，點(diǎn)擊所需要教學(xué)技術(shù)名稱(chēng)，此時(shí)會(huì)顯示該技術(shù)組態(tài)圖，單擊圖標(biāo)即可顯示技術(shù)動(dòng)態(tài)畫(huà)面仿真圖，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中模擬量數(shù)據(jù)顯示技術(shù)模擬曲線(xiàn)。該單元可真實(shí)地模擬展示汽車(chē)電子控制技術(shù)，滿(mǎn)足教學(xué)需求，實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué)，進(jìn)而完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

三、實(shí)驗(yàn)

為了證明該系統(tǒng)的可行性，采取實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證系統(tǒng)模仿使用過(guò)程，分析設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能。使用BGJ仿真軟件建立設(shè)計(jì)系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)的虛擬運(yùn)行環(huán)境，并檢查系統(tǒng)與用戶(hù)功能要求是否符合實(shí)現(xiàn)假設(shè)。為保證仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，創(chuàng)建系統(tǒng)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)及有效數(shù)據(jù)共2000例，其中錯(cuò)誤數(shù)據(jù)1000例，有效數(shù)據(jù)1000例，將兩個(gè)系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率設(shè)置為200ms，時(shí)間變量更新頻率設(shè)置為1500ms，比特率設(shè)置為5600Bit，數(shù)據(jù)位為8位，4個(gè)停止位，通信超時(shí)時(shí)間設(shè)置為12～25ms左右，汽車(chē)電子控制技術(shù)模擬量數(shù)據(jù)采集周期時(shí)間為1500ms。通過(guò)實(shí)驗(yàn)判斷系統(tǒng)是否可以正確執(zhí)行，將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別引入設(shè)計(jì)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)當(dāng)中，將設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，將傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)為對(duì)照組，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)教學(xué)組員分配正確數(shù)量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法，在1000模擬量數(shù)據(jù)的情況下教學(xué)資源分配正確數(shù)量為496，而對(duì)照組教學(xué)資源分配正確數(shù)量?jī)H為426，此外還可發(fā)現(xiàn)在模擬量數(shù)據(jù)為200、400、600、800時(shí)，本文技術(shù)相較于對(duì)照組技術(shù)而言，教學(xué)資源分配正確數(shù)量更多。因此，可證明此次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)資源分配精度較高，更適用于汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)需求，從而實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的。

為了進(jìn)一步說(shuō)明汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)越性，對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行效率對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)可以看出，在模擬量數(shù)據(jù)為200、400、600、800、1000時(shí)，本文系統(tǒng)的效率都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，最高時(shí)本文系統(tǒng)的效率為98%，而傳統(tǒng)系統(tǒng)最高時(shí)的效率僅為86%，有效證明了本文系統(tǒng)的優(yōu)越性。

本文設(shè)計(jì)的汽車(chē)電子控制技術(shù)可視化教學(xué)系統(tǒng)，為汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)提供了良好的教學(xué)手段，有助于提高汽車(chē)電子控制技術(shù)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生更加全面地掌握現(xiàn)代汽車(chē)電子控制技術(shù)，對(duì)培養(yǎng)新型汽車(chē)高級(jí)應(yīng)用型人才具有重要作用。但是，系統(tǒng)尚未經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際應(yīng)用，在功能上還不夠完善，還需進(jìn)一步對(duì)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，以滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)人才培養(yǎng)的教學(xué)需求。

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【作者簡(jiǎn)介】覃慶環(huán)（1979— ），女，廣西大化人，廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：汽車(chē)電子教學(xué)研究。

（責(zé)編 盧 雯）