隨著微機(jī)控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車普遍采用了微機(jī)控制系統(tǒng)，汽車的動(dòng)力性、安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性都得到了顯著的提高?，F(xiàn)代汽車的維修要求維修人員具備更專業(yè)的技術(shù)和更高的維修操作技能。在汽車電器專業(yè)教學(xué)中，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是其中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其是中央處理控制單元(ECU)，它是學(xué)生掌握汽車電器維修技術(shù)的關(guān)鍵。本文結(jié)合汽車類專業(yè)的具體工作過(guò)程，選取單片機(jī)在現(xiàn)代汽車技術(shù)上典型性和代表性的應(yīng)用——發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度測(cè)控系統(tǒng)和汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，采取“解剖一個(gè)麻雀”的方法，研究開(kāi)發(fā)了單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)模擬教學(xué)設(shè)備，不僅破解汽車類專業(yè)的單片機(jī)及汽車電子技術(shù)教學(xué)難題，還將典型工作任務(wù)與工作過(guò)程應(yīng)用到單片機(jī)項(xiàng)目課程教學(xué)實(shí)踐。
一、單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的組成和基本原理
1.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的基本組成
單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫測(cè)控系統(tǒng)和汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)兩個(gè)教學(xué)項(xiàng)目組成。整個(gè)硬件配置有發(fā)動(dòng)機(jī)熱交換裝置、車軸轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置、中央處理控制單元(ECU)、動(dòng)態(tài)數(shù)字/模擬顯示、語(yǔ)音報(bào)警、冷卻風(fēng)扇控制電路、操作按鈕以及信號(hào)測(cè)試端口等組成。
2.單片機(jī)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的基本原理
（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫測(cè)控系統(tǒng)。加熱器加熱水箱，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)水溫上升過(guò)程。傳感器檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)產(chǎn)生模擬電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)CPU，根據(jù)其內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和編制的程序進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判斷后實(shí)時(shí)顯示水溫。當(dāng)水溫上升到70℃時(shí)，模擬指示燈開(kāi)始指示；水溫上升到88℃，低速降溫繼電器動(dòng)作，啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇開(kāi)始降溫，低速模擬燈旋轉(zhuǎn)指示；水溫上升到93℃，高速降溫繼電器動(dòng)作，高速模擬燈旋轉(zhuǎn)指示；水溫上升到95℃，超溫報(bào)警器報(bào)警，加熱器停止加熱，水溫開(kāi)始下降。當(dāng)水溫降到93℃時(shí)，風(fēng)扇高速繼電器斷開(kāi)；水溫降到88℃，風(fēng)扇低速繼電器斷開(kāi)，冷卻風(fēng)扇停止運(yùn)行。當(dāng)水溫自然冷卻到70℃，加熱器再次加熱，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。
（2）汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)測(cè)量齒輪，模擬汽車車速變化過(guò)程。傳感器檢測(cè)到車速信號(hào)經(jīng)整形放大處理后轉(zhuǎn)換成脈沖波輸入單片機(jī)CPU，根據(jù)其內(nèi)部設(shè)置的程序進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算和分析后對(duì)汽車車速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示，當(dāng)實(shí)際車速值大于人工預(yù)設(shè)值120Km/h時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警超速提示。車速測(cè)量范圍為0——240Km/h。
（3）故障診斷系統(tǒng)。通過(guò)操作選擇按鈕Ⅲ方式，人工設(shè)置相關(guān)故障，數(shù)字燈閃爍并顯示故障代碼。
二、單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)研發(fā)與制作
筆者在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的前期階段，考慮到以前的實(shí)訓(xùn)臺(tái)架只是制作測(cè)試端子，不能形象地反映單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)的工作過(guò)程與控制原理，實(shí)訓(xùn)中還必須另外找電控原理圖才能實(shí)施查故排故的專業(yè)訓(xùn)練。結(jié)合汽車專業(yè)的工作特點(diǎn)，將單片機(jī)兩個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目的整套原理圖直接制作在教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的立面上，從而能直觀、形象地反映發(fā)動(dòng)機(jī)水溫與汽車車速的測(cè)控原理。設(shè)備上采用的傳感器、繼電器、冷卻風(fēng)扇、接插件甚至連面板標(biāo)識(shí)都來(lái)源于汽車，針對(duì)汽車電器的工作過(guò)程進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)就會(huì)感到有親切感，不會(huì)陌生。另外在面板上的控制原理圖上嵌入安裝了測(cè)量信號(hào)端子，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和車速的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和動(dòng)態(tài)分析，方便了單片機(jī)的項(xiàng)目教學(xué)，并使查故排故訓(xùn)練現(xiàn)場(chǎng)化，創(chuàng)建真實(shí)教學(xué)環(huán)境。
教學(xué)的環(huán)節(jié)有：項(xiàng)目電路設(shè)計(jì)、PCB板制作、電子元件插件焊接、硬件測(cè)試、軟件編程參數(shù)修改、程序調(diào)試與燒錄、故障處理排除、工作頁(yè)的撰寫等。
1.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的研制工作
（1）汽車市場(chǎng)調(diào)研、專家研討，結(jié)合汽車類專業(yè)具體工作過(guò)程，確定教學(xué)項(xiàng)目。對(duì)項(xiàng)目的組成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行技術(shù)分析，為研制做好準(zhǔn)備工作。
（2）整體方案研究，明確項(xiàng)目研發(fā)的目標(biāo)、任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)及解決方案。
（3）制定技術(shù)路線與詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括硬件軟件、實(shí)訓(xùn)臺(tái)外觀鈑金、材料采購(gòu)、電子PCB板的打樣等，設(shè)計(jì)力求科學(xué)合理。
（4）委托生產(chǎn)廠家按要求進(jìn)行加工制作，力求制作過(guò)程實(shí)用美觀、盡量降低生產(chǎn)成本。
（5）實(shí)訓(xùn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)裝配、硬件測(cè)試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)機(jī)試驗(yàn)。
（6）作為教學(xué)平臺(tái)設(shè)置各種故障，不斷總結(jié)、完善提高。
2.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題
（1）教學(xué)項(xiàng)目的選取要具有代表性、經(jīng)典性和實(shí)用性。
（2）臺(tái)架結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、元件布局合理、外形美觀、實(shí)用。
（3）面板操作簡(jiǎn)單、人機(jī)界面友好，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，預(yù)留項(xiàng)目教學(xué)擴(kuò)展功能接口。
（4）信號(hào)實(shí)現(xiàn)隔離，具備防干擾措施，確保安全可靠。
（5）ECU板采用單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)總線方式，滿足現(xiàn)場(chǎng)查故排故要求。
三、單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和診斷功能
1.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫與車速的實(shí)時(shí)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)模擬及數(shù)字顯示。
（2）車速測(cè)量（齒輪脈沖測(cè)速）精度+1齒距，能測(cè)量0～20km/h低轉(zhuǎn)速。
（3）發(fā)動(dòng)機(jī)水溫模擬加熱及冷卻裝置。
（4）ECU板采用單片機(jī)控制處理系統(tǒng)及總線驅(qū)動(dòng)電路。
（5）實(shí)訓(xùn)臺(tái)人機(jī)智能界面能夠生動(dòng)形象地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫、車速傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及顯示裝置與中央處理控制單元(ECU)的工作關(guān)系和測(cè)控原理，針對(duì)故障進(jìn)行診斷處理。
2.單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)故障診斷功能
（1）故障設(shè)置以后，透過(guò)觀察窗可以直觀的觀察發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、車速測(cè)控及顯示等各故障的實(shí)際現(xiàn)象。針對(duì)汽車等專業(yè)的具體工作過(guò)程，方便快捷地與檢測(cè)儀器連接，讀出故障代碼、進(jìn)行元件測(cè)試等。
（2）可以斷開(kāi)傳感器與中央處理控制單元(ECU)的連接設(shè)置斷路故障，也可接地—設(shè)置短路故障，或者模擬相應(yīng)的信號(hào)輸入ECU單元，代替?zhèn)鞲衅鞯男盘?hào)設(shè)置模擬故障。故障的查處即可以在實(shí)物上又可以在面板上進(jìn)行檢測(cè)。
（3）通過(guò)萬(wàn)用表或儀器儀表對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和波形動(dòng)態(tài)分析，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫、車速傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示報(bào)警裝置、中央處理控制單元(ECU)板進(jìn)行定量檢查與測(cè)試，從而查找并排除故障。
四、單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)在項(xiàng)目教學(xué)中的運(yùn)用實(shí)例
1.常見(jiàn)故障實(shí)例：發(fā)動(dòng)機(jī)水溫異常
故障現(xiàn)象：汽車在行駛途中發(fā)動(dòng)機(jī)水溫變化劇烈，溫度顯示不穩(wěn)定。
原因分析：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)水溫測(cè)控系統(tǒng)采用了反饋控制環(huán)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的高低決定冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的快慢。水溫應(yīng)始終恒定在85～90℃之間，以免造成發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不正常而降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功效。
2.診斷與排除
（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查，按下啟動(dòng)按鈕，水箱被加熱，隨著水溫的上升，溫度開(kāi)始劇烈變化，造成風(fēng)扇繼電器頻繁接觸閉合與斷開(kāi)，確定風(fēng)扇控制電路正常。
（2）斷開(kāi)水溫傳感器與中央處理控制單元(ECU)的連接插件，用儀器測(cè)量實(shí)訓(xùn)臺(tái)面上的溫度信號(hào)端子，發(fā)現(xiàn)傳感器的溫度曲線呈現(xiàn)負(fù)溫度系數(shù)的動(dòng)態(tài)特征，說(shuō)明傳感器良好，不需更換。
（3）模擬相應(yīng)的信號(hào)輸入ECU單元，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫顯示正常。按下復(fù)位按鈕，故障代碼消失，由此排除ECU板出錯(cuò)可能。
（4）經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)傳感器插頭上導(dǎo)線與中央處理控制單元(ECU)的連接插件插頭接觸不良，然后焊接好并裝復(fù)后試車，故障排除，車況正常。
單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的研制成功使得單片機(jī)項(xiàng)目課程教學(xué)不再是教學(xué)的難點(diǎn)。作為一個(gè)教學(xué)實(shí)訓(xùn)載體，培養(yǎng)學(xué)生成為即懂汽車，又懂單片機(jī)技術(shù)的復(fù)合型高技能人才。