CN101702271B - 一种基于单片机技术的汽车教学实训台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单片机技术的汽车教学实训台，其包括操作台，操作台内设置有车速模拟装置和发动机水温模拟装置，以及用于完成对车速模拟装置车速测量的车速监控电路和用于完成发动机水温模拟装置的水温测量的温度测控电路；操作台的表面上设置有控制按钮，还设置有连接车速监控电路和温度测控电路的测试接口；操作台的表面上还设置有连接车速监控电路、用于显示车车速值的速度显示装置，和连接温度测控电路、用于显示水温值的温度显示装置。本发明的基于单片机技术的汽车教学实训台，解决了汽车教学过程中关于车速和发动机温度冷却水温的测控与显示的重要实训难题，为学习汽车单片机应用技术提供了一个工作过程导向的项目课程教学平台。

Description

一种基于单片机技术的汽车教学实训台

技术领域

本发明涉及教学设备领域，尤其涉及基于单片机技术的汽车教学实训台。

背景技术

随着经济的快速发展，汽车逐渐成为我国的支柱产业，汽车电子技术又是汽车技术中发展最快、最先进的技术。目前汽车控制系统电脑化已广泛应用于各款车型，成为汽车控制系统的普遍技术，具有典型性的有发动机冷却水温测量、显示及反馈测控系统。各汽车品牌厂家纷纷提出要求，希望院校能培养出掌握单片机汽车控制系统技术的技能人才，来完成基于单片机的汽车控制系统故障判断与维修工作。

但在已往相关技能人才的教学过程中，单片机课程往往注重编程能力的教学，学生学过单片机课程后，仍然很难将单片机技术熟练的应用于实际操作。原因是学生在学习过程中缺乏实战项目的训练，缺少对整个控制电路设计过程的完整训练，导致高层次的汽车维修人员极其匮乏，传统技师虽经验丰富，却对基于单片机的汽车控制系统缺乏了解，无法胜任基于单片机的汽车控制系统故障判断与维修。

因此有必要给用于汽车维修护理的单片机课程教学提供更加实用且有效的教学设备，以满足市场需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能真实模拟汽车车速和发动机水温控制故障、便于教学的基于单片机技术的汽车教学实训台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种基于单片机技术的汽车教学实训台，其中，包括操作台，所述操作台内设置有用于模拟汽车车轮的车速模拟装置，和用于完成对所述车速模拟装置车速测量的车速监控电路；

所述操作台的表面上设置有用于控制所述车速监控电路动作的控制按钮，和连接所述车速监控电路的第一测试接口，用于从外部测试所述车速监控电路上的信号；

所述操作台的表面上还设置有连接所述车速监控电路、用于显示所述车速监控电路检测到的车速值的速度显示装置。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述车速监控电路包括：

车速测量电路，用于获取所述车速模拟装置的车速值；

微控制电路，用于将所述车速值与预定车速值进行比较，当所述检测到的车速值大于所述预定车速值时，产生报警指令；

报警输出电路，用于在接收到所述报警指令时进行报警提示；

数/模显示电路，用于将所述检测到的车速值通过所述速度显示装置进行显示；

连接所述控制按钮的输入电路，用于将所述控制按钮的操作转换成指令信号发送到所述微控制电路，控制所述微控制电路动作。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述操作台内还设置有用于模拟汽车发动机水温升降的发动机水温模拟装置，包括加热器、水箱和风扇；其中，

所述加热器用于加热水箱中的水，模拟汽车发动机的水温升高的过程；

所述风扇用来降低水箱中水的温度，模拟汽车发动机冷却水温的过程。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述微控制电路上还连接有温度测量电路，用于完成所述发动机水温模拟装置的水温值测量；

所述微控制电路上还连接有风扇控制电路，用于向所述风扇发送由微控制电路产生的风扇控制指令，并控制所述风扇转动；

所述操作台的表面上还设置有风扇转速标识。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述操作台的表面上设置有连接所述输入电路的选择按钮，用于选择所述车速测量电路或温度测量电路；和连接所述温度测量电路的第二测试接口，用于从外部测试所述温度测量电路上的信号；

所述操作台的表面上还设置有连接所述数/模显示电路、用于显示所述温度测量电路检测到的水温值的温度显示装置。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述控制按钮包括启动控制按钮、停止控制按钮，分别用于控制所述微控制电路启动和停止。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述第二测试接口连接在所述温度测量电路与所述微控制电路的电连接线、所述微控制电路与所述风扇控制电路的连接线上；所述第一测试接口连接在所述微控制电路与所述车速测量电路的连接线上。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述车速监控电路还包括复位电路，所述控制按钮包括连接所述复位电路的复位控制按钮。

本发明所述的汽车教学实训台，其中，所述风扇控制电路连接有用于控制所述风扇高速转动的高速降温继电器，和用于控制所述风扇低速转动的低速降温继电器。

本发明的基于单片机技术的汽车教学实训台，解决了汽车专业教学过程中关于汽车车速、发动机温度冷却水温的测控与显示的重要实训难题。为学生学习单片机应用技术提供了一个工作过程导向的项目课程教学平台。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例的基于单片机技术的汽车教学实训台正面结构示意图；

图2为本发明实施例的基于单片机技术的汽车教学实训台侧面结构示意图；

图3为本发明实施例的基于单片机技术的汽车教学实训台的原理框图。

具体实施方式

下面结合图示，对本发明的优选实施例作详细介绍。

图1和图2分别是本发明基于单片机技术的汽车教学实训台的正面和侧面结构示意图，包括操作台40。

如图3所示，同时参照图1和图2，本发明实施例的汽车教学实训台包括设置在操作台40内的用于模拟汽车车轮转动的车速模拟装置60，和用于完成对车速模拟装置60车速测量的车速监控电路20。还包括设置在操作台40的表面41上、且连接至车速监控电路20的速度显示装置50，用于显示车速监控电路20检测到的车速值。在操作台40的表面41上可设置有用于控制车速监控电路20动作的控制按钮。

如图3所示，本实施例中的车速监控电路20采用单片机控制处理系统及驱动电路实现，其包括车速测量电路29、微控制电路21、数/模显示电路23和输入电路26。还可包括连接至微控制电路21的报警输出电路25，用于在检测到的车速值超过预定值时进行报警提示。

其中车速测量电路29用于获取车速模拟装置60的车速值；微控制电路21用于将车速值与预定车速值进行比较，当车速值大于预定车速值时，产生报警指令；报警输出电路25用于在接收到报警指令时进行报警提示；数/模显示电路23用于将检测到的车速值通过速度显示装置50进行显示；输入电路26具体可以是键盘电路，其连接至设置在操作台40表面41上的控制按钮，用于将控制按钮的操作转换成指令信号发送到微控制电路21，控制微控制电路21动作。

用于模拟汽车车轮转动的车速模拟装置60可采用电动机带动齿轮转动，车速测量电路20包括连接至该车速模拟装置60的脉冲传感器291，通过脉冲传感器291检测到代表车速模拟装置60转速的脉冲波，并发送给微控制电路21进行运算和处理。其中脉冲传感器291可测量的转速范围可根据需要通过软件进行设定，如设定为0-22-km/h，速度显示装置50的显示范围可设定为0-120km/h。

其中，本实施例的报警输出电路25可连接一语音报警装置，并可通过软件设定预定车速值为120km/h，当车速超过120km/h时，通过该报警输出电路的语音报警装置向用户进行语音提醒。

如图3所示，在操作台40内还设置有用于模拟真实汽车发动机水温升降的发动机水温模拟装置10，微控制电路21上还连接有风扇控制电路27，和用于完成对发动机水温模拟装置10的水温值测控的温度测量电路22。操作台40的表面41上还设置有温度显示装置30，用于显示温度测量电路22监测到的水温值。

其中，发动机水温模拟装置10可由加热器、水箱和风扇11组成，通过加热器加热水箱中的水，模拟汽车发动机的水温升高的过程；并通过风扇11来散热冷却，降低水箱中水的温度，模拟汽车发动机冷却水温的过程。

如图3所示，温度测量电路22连接至微控制电路21，并与微控制电路21、风扇控制电路27、数/模显示电路23、报警输出电路25和输入电路26一起构成温度测控电路。

具体是：温度测量电路22用于监测发动机水温模拟装置10的水温值；微控制电路21用于根据温度测量电路所测得的水温值，产生控制风扇11转速的风扇控制指令；风扇控制电路27用于向风扇11发送风扇控制指令，并控制风扇11转动；数/模显示电路23用于将水温值通过温度显示装置30进行显示。报警输出电路25可在水箱的水温值超过预定值时进行报警提示。

温度测量电路22具体可包括温度传感器221和A/D转换电路，通过温度传感器221监测得到发动机水温模拟装置10水箱中的水温模拟量，并通过A/D转换电路将水温模拟量转换为数字的水温值，并发送给微控制电路21。

为使本发明的实训台更可控，还可包括连接微控制电路21的复位电路24，以在系统出现故障时能及时的复位，重新进行设置操作，便于学生反复的进行故障检测及实验。

为模拟真实汽车的发动机冷却水温过程，在风扇控制电路27上分别连接有用于控制风扇11高速转动的高速降温继电器111，和用于控制风扇11低速转动的低速降温继电器112。在微控制电路21获取到的发动机水温模拟装置10水箱中的水温值超过第一高温阈值(如88℃)时，产生第一控制指令并发送给低速降温继电器112，以控制风扇11低速转动，对水箱中的水进行初步降温；在微控制电路21获取到的发动机水温模拟装置10水箱中的水温值超过第二高温阈值(如93℃)时，产生第二控制指令并发送给高速降温继电器111，以控制风扇11高速转动，对水箱中的水进行进一步的降温。

当加热器继续加热，水箱中的水来不及降温，达到第三高温阈值(如95℃)时，微控制电路21可产生一报警指令，并发送给报警输出电路25进行报警提示。

其中，本实施例的报警输出电路25还可连接一蜂鸣器，或指示灯等报警装置，通过声音或指示灯的闪烁来进行提示。

以上所涉及的第一高温阈值、第二高温阈值和第三高温阈值等参数，可在温度测控电路的程序烧入的时候进行参数设置。温度显示装置30的显示也可通过设定水温阈值来控制，如设置在水箱中的水达到某一温度(如70℃)时才开始显示，以完全模拟真实汽车环境，达到实训的目的。

本实施例以上所述的温度测控电路、车速监控电路20分别与发动机水温模拟装置10和车速模拟装置60相结合，不仅能真实的模拟汽车发动机的水温测控过程和车速监控过程，而且作为本实施例的基于单片机技术的汽车教学实训台的一个独立电路模块，可由学生根据相关的单片机基础知识和相关的硬件电路设计知识单独设计完成，完成其硬件部分功能；同时根据所学的软件基础知识对其控制过程进行编程、程序烧入，完成其软件功能。由于其所模拟的汽车发动机的水温测控过程与汽车完全相同，因此可以很好的实现单片机硬件和软件课程的实际训练，以填补现有课程中实际操作训练的不足，使学生在面对真实的汽车发动机水温控制系统故障时游刃有余。

为实现人机交互，使学生更易操作，在本实施例的操作台的表面上还设置有与以上发动机水温模拟装置、温度测量电路、车速监控电路等部件相对应的面板标识，以及各种用于控制温度测量电路和车速监控电路动作的控制按钮，以及用于选择车速监控功能和水温测量功能的选择按钮等部件。

其中控制按钮可包括启动控制按钮、停止控制按钮和复位控制按钮，分别用于控制微控制电路启动、停止及复位。选择按钮的选择程序也可根据需要由学生在程序中设定。

同时为更加真实的模拟汽车环境，在操作台的表面上还可设置有与汽车相同的能反应风扇转速的风扇标识灯113，该风扇标识灯113连接至高速降温继电器111和低速降温继电器112，实时反应出风扇11的转速情况。

为了更方便学生对模拟的故障进行检测，在操作台40的表面41上还设置有能反应温度测控电路和车速检测电路实际情况的原理图标识，以及连接至温度测量电路的第二测试接口28和连接至车速监控电路的第一测试接口210，分别用于从外部测试温度测量电路22和车速监控电路20上的信号。

其中第一测试接口210和第二测试接口28可根据需要设置在温度测量电路22和车速监控电路20的不同地方，如设置在温度测量电路22与微控制电路21的连接线上，和微控制电路21与风扇控制电路27的连接线，和微控制电路21与车速测量电路29的连接线上等，可以是一个，也可以是多个，以便于检测关键的电路信号。

在本发明所模拟的汽车发动机系统出现故障时，可直接采用测量设备通过这些测试接口进行初步检测，而不需要直接拆下温度测量电路的电路板，当检测到故障点时，可有目的的针对温度测量电路电路板上的位置进行处理，时故障排除更加容易。

本实施例中的操作台40优选采用柜式，操作台的外形，包括颜色、高度、立面角度等均符合人体工程学的要求。为使其装配、功能扩展更加灵活，操作台40的表面41均采用镶嵌式马赛克面板材料，实现了模块化设计，功能扩展灵活。

为全方位贴近汽车实际，操作台40内所配备的传感器、继电器、插接件、冷却风扇、面板标识等均来源于汽车，可消除学生学习的陌生感，使教学环境更加真实。且操作台内强弱电布线分离，既能保证安全，又可防止信号交叉干扰，确保控制系统的独立稳定运行，提高本发明实训台的可靠性。

本发明的基于单片机技术的汽车教学实训台，通过采用单片机控制处理系统及驱动电路，实现汽车车速及发动机冷却水温的实时检测、动态模拟及数字显示，使学生能亲自参与电路设计和制版，并能模拟各种汽车发动机冷却水温故障，使学生能实际动手检测电路、排除故障。可涉及到的教学环节包括电路设计(电类学生)、PCB板的设计与制作(电类学生)、实施电路器件选材，焊接制作、单板调试，编程(电类学生)、程序烧入，参数修改、联机调试、设置故障(汽车类学生)、排除故障(汽车类学生)等。

由于汽车车速和发动机水温测控系统(包括发动机冷却水温测量、显示及反馈)，不仅能反映单片机在汽车控制系统的工作方式，且该系统的故障还是汽车最常见的故障，具有典型性，代表性和实用性。因此本发明不仅解决了汽车专业教学过程中关于汽车车速和发动机温度冷却水温的测控与显示的重要实训难题，而且以汽车车速和发动机水温测控为模型，给学生学习汽车单片机应用技术提供了一个工作过程导向的项目课程教学平台。

本发明可适用于技工院校、高职高专汽车类、电类专业项目课程教学以及复合型人才培养，另一方面也填补了国内相应专业该教学设备的空白。本发明的实训台还是实施“工作过程导向的项目课程教学”的极好载体，可以支持“单片机技术应用”、“计算机辅助设计”、“电工基本技能训练”等项目课程教学，也可以作为高级工、技师毕业论文课题；学生还可以在“生产实习”课程教学中参与到企业的实训台生产。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于单片机技术的汽车教学实训台，其特征在于，包括操作台，所述操作台内设置有用于模拟汽车车速的车速模拟装置，和用于完成对所述车速模拟装置车速测量的车速监控电路；

所述操作台的表面上设置有用于控制所述车速监控电路动作的控制按钮，和连接所述车速监控电路的第一测试接口，用于从外部测试所述车速监控电路上的信号；

所述操作台的表面上还设置有连接所述车速监控电路、用于显示所述车速监控电路检测到的车速值的速度显示装置；

所述车速监控电路包括：

车速测量电路，用于获取所述车速模拟装置的车速值；

微控制电路，用于将所述车速值与预定车速值进行比较，当所述车速值大于所述预定车速值时，产生报警指令；

报警输出电路，用于在接收到所述报警指令时进行报警提示；

数/模显示电路，用于将所述车速值通过所述速度显示装置进行显示；

连接所述控制按钮的输入电路，用于将所述控制按钮的操作转换成指令信号发送到所述微控制电路，控制所述微控制电路动作；

所述操作台内还设置有用于模拟汽车发动机水温升降的发动机水温模拟装置，包括加热器、水箱和风扇；其中，

所述加热器用于加热水箱中的水，模拟汽车发动机的水温升高的过程；

所述风扇用来降低水箱中水的温度，模拟汽车发动机冷却水温的过程。

2.根据权利要求1所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述微控制电路上还连接有温度测量电路，用于完成所述发动机水温模拟装置的水温值测量；

所述微控制电路上还连接有风扇控制电路，用于向所述风扇发送由微控制电路产生的风扇控制指令，并控制所述风扇转动；

所述操作台的表面上还设置有代表所述风扇转速的风扇转速标识。

3.根据权利要求1所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述操作台的表面上设置有连接所述输入电路的选择按钮，用于选择所述车速测量电路或温度测量电路；

所述操作台的表面上还设置有连接所述温度测量电路的第二测试接口，用于从外部测试所述温度测量电路上的信号；

所述操作台的表面上还设置有连接所述数/模显示电路、用于显示所述温度测量电路检测到的水温值的温度显示装置。

4.根据权利要求1所述的基于单片机技术的汽车教学实训台，其特征在于，所述控制按钮包括启动控制按钮、停止控制按钮，分别用于控制所述微控制电路启动和停止。

5.根据权利要求3所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述第二测试接口连接在所述温度测量电路与所述微控制电路的电连接线、所述微控制电路与所述风扇控制电路的连接线上；所述第一测试接口连接在所述微控制电路与所述车速测量电路的连接线上。

6.根据权利要求1所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述车速监控电路还包括复位电路，所述控制按钮包括连接所述复位电路的复位控制按钮。

7.根据权利要求2所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述风扇控制电路连接有用于控制所述风扇高速转动的高速降温继电器，和用于控制所述风扇低速转动的低速降温继电器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的汽车教学实训台，其特征在于，所述操作台的表面采用镶嵌式马赛克模块。

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