隨著微機控制技術(shù)在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車普遍采用了微機控制系統(tǒng)，汽車的動力性、安全性、舒適性、經(jīng)濟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)教學中，單片機應(yīng)用技術(shù)是其中的重點和難點，尤其是中央處理控制單元(ECU)，它是學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)的具體工作過程，選取單片機在現(xiàn)代汽車技術(shù)上典型性和代表性的應(yīng)用——發(fā)動機冷卻水溫度測控系統(tǒng)和汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)作為切入點，采取“解剖一個麻雀”的方法，研究開發(fā)了單片機項目教學實訓臺模擬教學設(shè)備，不僅破解汽車類專業(yè)的單片機及汽車電子技術(shù)教學難題，還將典型工作任務(wù)與工作過程應(yīng)用到單片機項目課程教學實踐。
一、單片機項目教學實訓臺的組成和基本原理
1.單片機項目教學實訓臺的基本組成
單片機項目教學實訓臺主要由汽車發(fā)動機冷卻水溫測控系統(tǒng)和汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)兩個教學項目組成。整個硬件配置有發(fā)動機熱交換裝置、車軸轉(zhuǎn)速檢測裝置、中央處理控制單元(ECU)、動態(tài)數(shù)字/模擬顯示、語音報警、冷卻風扇控制電路、操作按鈕以及信號測試端口等組成。
2.單片機項目實訓的基本原理
（1）汽車發(fā)動機冷卻水溫測控系統(tǒng)。加熱器加熱水箱，模擬發(fā)動機水溫上升過程。傳感器檢測到發(fā)動機水溫信號產(chǎn)生模擬電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機CPU，根據(jù)其內(nèi)部預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)和編制的程序進行數(shù)學計算和邏輯判斷后實時顯示水溫。當水溫上升到70℃時，模擬指示燈開始指示；水溫上升到88℃，低速降溫繼電器動作，啟動冷卻風扇開始降溫，低速模擬燈旋轉(zhuǎn)指示；水溫上升到93℃，高速降溫繼電器動作，高速模擬燈旋轉(zhuǎn)指示；水溫上升到95℃，超溫報警器報警，加熱器停止加熱，水溫開始下降。當水溫降到93℃時，風扇高速繼電器斷開；水溫降到88℃，風扇低速繼電器斷開，冷卻風扇停止運行。當水溫自然冷卻到70℃，加熱器再次加熱，一個工作循環(huán)結(jié)束。
（2）汽車車軸轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。電機轉(zhuǎn)動帶動測量齒輪，模擬汽車車速變化過程。傳感器檢測到車速信號經(jīng)整形放大處理后轉(zhuǎn)換成脈沖波輸入單片機CPU，根據(jù)其內(nèi)部設(shè)置的程序進行數(shù)學計算和分析后對汽車車速進行實時監(jiān)控顯示，當實際車速值大于人工預(yù)設(shè)值120Km/h時，語音報警超速提示。車速測量范圍為0——240Km/h。
（3）故障診斷系統(tǒng)。通過操作選擇按鈕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、單片機項目教學實訓臺研發(fā)與制作
筆者在開發(fā)設(shè)計單片機項目教學實訓臺的前期階段，考慮到以前的實訓臺架只是制作測試端子，不能形象地反映單片機項目教學的工作過程與控制原理，實訓中還必須另外找電控原理圖才能實施查故排故的專業(yè)訓練。結(jié)合汽車專業(yè)的工作特點，將單片機兩個訓練項目的整套原理圖直接制作在教學實訓臺的立面上，從而能直觀、形象地反映發(fā)動機水溫與汽車車速的測控原理。設(shè)備上采用的傳感器、繼電器、冷卻風扇、接插件甚至連面板標識都來源于汽車，針對汽車電器的工作過程進行項目教學，學生學習起來就會感到有親切感，不會陌生。另外在面板上的控制原理圖上嵌入安裝了測量信號端子，可對發(fā)動機水溫和車速的各種參數(shù)進行實時測量和動態(tài)分析，方便了單片機的項目教學，并使查故排故訓練現(xiàn)場化，創(chuàng)建真實教學環(huán)境。
教學的環(huán)節(jié)有：項目電路設(shè)計、PCB板制作、電子元件插件焊接、硬件測試、軟件編程參數(shù)修改、程序調(diào)試與燒錄、故障處理排除、工作頁的撰寫等。
1.單片機項目教學實訓臺的研制工作
（1）汽車市場調(diào)研、專家研討，結(jié)合汽車類專業(yè)具體工作過程，確定教學項目。對項目的組成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能進行技術(shù)分析，為研制做好準備工作。
（2）整體方案研究，明確項目研發(fā)的目標、任務(wù)、關(guān)鍵技術(shù)及解決方案。
（3）制定技術(shù)路線與詳細設(shè)計內(nèi)容，包括硬件軟件、實訓臺外觀鈑金、材料采購、電子PCB板的打樣等，設(shè)計力求科學合理。
（4）委托生產(chǎn)廠家按要求進行加工制作，力求制作過程實用美觀、盡量降低生產(chǎn)成本。
（5）實訓設(shè)備現(xiàn)場裝配、硬件測試、軟件調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)機試驗。
（6）作為教學平臺設(shè)置各種故障，不斷總結(jié)、完善提高。
2.單片機項目教學實訓臺擬解決的關(guān)鍵問題
（1）教學項目的選取要具有代表性、經(jīng)典性和實用性。
（2）臺架結(jié)構(gòu)堅實、元件布局合理、外形美觀、實用。
（3）面板操作簡單、人機界面友好，實現(xiàn)模塊化設(shè)計，預(yù)留項目教學擴展功能接口。
（4）信號實現(xiàn)隔離，具備防干擾措施，確保安全可靠。
（5）ECU板采用單片機教學系統(tǒng)，設(shè)計總線方式，滿足現(xiàn)場查故排故要求。
三、單片機項目教學實訓臺的關(guān)鍵技術(shù)和診斷功能
1.單片機項目教學實訓臺的關(guān)鍵技術(shù)
（1）發(fā)動機冷卻水溫與車速的實時檢測、動態(tài)模擬及數(shù)字顯示。
（2）車速測量（齒輪脈沖測速）精度+1齒距，能測量0～20km/h低轉(zhuǎn)速。
（3）發(fā)動機水溫模擬加熱及冷卻裝置。
（4）ECU板采用單片機控制處理系統(tǒng)及總線驅(qū)動電路。
（5）實訓臺人機智能界面能夠生動形象地反映發(fā)動機的水溫、車速傳感器、執(zhí)行機構(gòu)及顯示裝置與中央處理控制單元(ECU)的工作關(guān)系和測控原理，針對故障進行診斷處理。
2.單片機項目教學實訓臺故障診斷功能
（1）故障設(shè)置以后，透過觀察窗可以直觀的觀察發(fā)動機水溫、車速測控及顯示等各故障的實際現(xiàn)象。針對汽車等專業(yè)的具體工作過程，方便快捷地與檢測儀器連接，讀出故障代碼、進行元件測試等。
（2）可以斷開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)的信號輸入ECU單元，代替?zhèn)鞲衅鞯男盘栐O(shè)置模擬故障。故障的查處即可以在實物上又可以在面板上進行檢測。
（3）通過萬用表或儀器儀表對檢測信號進行測量和波形動態(tài)分析，可對發(fā)動機的水溫、車速傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、顯示報警裝置、中央處理控制單元(ECU)板進行定量檢查與測試，從而查找并排除故障。
四、單片機項目教學實訓臺在項目教學中的運用實例
1.常見故障實例：發(fā)動機水溫異常
故障現(xiàn)象：汽車在行駛途中發(fā)動機水溫變化劇烈，溫度顯示不穩(wěn)定。
原因分析：汽車發(fā)動機水溫測控系統(tǒng)采用了反饋控制環(huán)節(jié)，發(fā)動機水溫的高低決定冷卻風扇轉(zhuǎn)速的快慢。水溫應(yīng)始終恒定在85～90℃之間，以免造成發(fā)動機溫度不正常而降低發(fā)動機運行功效。
2.診斷與排除
（1）現(xiàn)場檢查，按下啟動按鈕，水箱被加熱，隨著水溫的上升，溫度開始劇烈變化，造成風扇繼電器頻繁接觸閉合與斷開，確定風扇控制電路正常。
（2）斷開水溫傳感器與中央處理控制單元(ECU)的連接插件，用儀器測量實訓臺面上的溫度信號端子，發(fā)現(xiàn)傳感器的溫度曲線呈現(xiàn)負溫度系數(shù)的動態(tài)特征，說明傳感器良好，不需更換。
（3）模擬相應(yīng)的信號輸入ECU單元，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機水溫顯示正常。按下復(fù)位按鈕，故障代碼消失，由此排除ECU板出錯可能。
（4）經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)傳感器插頭上導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。
單片機項目教學實訓臺的研制成功使得單片機項目課程教學不再是教學的難點。作為一個教學實訓載體，培養(yǎng)學生成為即懂汽車，又懂單片機技術(shù)的復(fù)合型高技能人才。