專利名稱：一種基于單片機技術的汽車教學實訓臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及教學設備領域，尤其涉及基于單片機技術的汽車教學實訓臺。
背景技術：
隨著經濟的快速發展，汽車逐漸成為我國的支柱產業，汽車電子技術又是汽車技 術中發展最快、最先進的技術。目前汽車控制系統電腦化已廣泛應用于各款車型，成為汽車 控制系統的普遍技術，具有典型性的有發動機冷卻水溫測量、顯示及反饋測控系統。各汽車 品牌廠家紛紛提出要求，希望院校能培養出掌握單片機汽車控制系統技術的技能人才，來 完成基于單片機的汽車控制系統故障判斷與維修工作。 但在已往相關技能人才的教學過程中，單片機課程往往注重編程能力的教學，學 生學過單片機課程后，仍然很難將單片機技術熟練的應用于實際操作。原因是學生在學習 過程中缺乏實戰項目的訓練，缺少對整個控制電路設計過程的完整訓練，導致高層次的汽 車維修人員極其匱乏，傳統技師雖經驗豐富，卻對基于單片機的汽車控制系統缺乏了解，無 法勝任基于單片機的汽車控制系統故障判斷與維修。 因此有必要給用于汽車維修護理的單片機課程教學提供更加實用且有效的教學 設備，以滿足市場需求。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種能真實模擬 汽車車速和發動機水溫控制故障、便于教學的基于單片機技術的汽車教學實訓臺。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是 構造一種基于單片機技術的汽車教學實訓臺，其中，包括操作臺，所述操作臺內設 置有用于模擬汽車車輪的車速模擬裝置，和用于完成對所述車速模擬裝置車速測量的車速 監控電路； 所述操作臺的表面上設置有用于控制所述車速監控電路動作的控制按鈕，和連接
所述車速監控電路的第一測試接口，用于從外部測試所述車速監控電路上的信號； 所述操作臺的表面上還設置有連接所述車速監控電路、用于顯示所述車速監控電
路檢測到的車速值的速度顯示裝置。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述車速監控電路包括
車速測量電路，用于獲取所述車速模擬裝置的車速值； 微控制電路，用于將所述車速值與預定車速值進行比較，當所述檢測到的車速值 大于所述預定車速值時，產生報警指令； 報警輸出電路，用于在接收到所述報警指令時進行報警提示；
數/模顯示電路，用于將所述檢測到的車速值通過所述速度顯示裝置進行顯示；
連接所述控制按鈕的輸入電路，用于將所述控制按鈕的操作轉換成指令信號發送 到所述微控制電路，控制所述微控制電路動作。
本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述操作臺內還設置有用于模擬汽車發動
機水溫升降的發動機水溫模擬裝置，包括加熱器、水箱和風扇；其中， 所述加熱器用于加熱水箱中的水，模擬汽車發動機的水溫升高的過程； 所述風扇用來降低水箱中水的溫度，模擬汽車發動機冷卻水溫的過程。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述微控制電路上還連接有溫度測量電路，
用于完成所述發動機水溫模擬裝置的水溫值測量； 所述微控制電路上還連接有風扇控制電路，用于向所述風扇發送由微控制電路產
生的風扇控制指令，并控制所述風扇轉動； 所述操作臺的表面上還設置有風扇轉速標識。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述操作臺的表面上設置有連接所述輸入 電路的選擇按鈕，用于選擇所述車速測量電路或溫度測量電路；和連接所述溫度測量電路 的第二測試接口 ，用于從外部測試所述溫度測量電路上的信號； 所述操作臺的表面上還設置有連接所述數/模顯示電路、用于顯示所述溫度測量 電路檢測到的水溫值的溫度顯示裝置。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述控制按鈕包括啟動控制按鈕、停止控制 按鈕，分別用于控制所述微控制電路啟動和停止。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述第二測試接口連接在所述溫度測量電 路與所述微控制電路的電連接線、所述微控制電路與所述風扇控制電路的連接線上；所述 第一測試接口連接在所述微控制電路與所述車速測量電路的連接線上。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述車速監控電路還包括復位電路，所述控 制按鈕包括連接所述復位電路的復位控制按鈕。 本發明所述的汽車教學實訓臺，其中，所述風扇控制電路連接有用于控制所述風
扇高速轉動的高速降溫繼電器，和用于控制所述風扇低速轉動的低速降溫繼電器。 本發明的基于單片機技術的汽車教學實訓臺，解決了汽車專業教學過程中關于汽
車車速、發動機溫度冷卻水溫的測控與顯示的重要實訓難題。為學生學習單片機應用技術
提供了一個工作過程導向的項目課程教學平臺。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中
圖1為本發明實施例的基于單片機技術的汽車教學實訓臺正面結構示意圖；
圖2為本發明實施例的基于單片機技術的汽車教學實訓臺側面結構示意圖；
圖3為本發明實施例的基于單片機技術的汽車教學實訓臺的原理框圖。
具體實施例方式
下面結合圖示，對本發明的優選實施例作詳細介紹。 圖1和圖2分別是本發明基于單片機技術的汽車教學實訓臺的正面和側面結構示 意圖，包括操作臺40。 如圖3所示，同時參照圖1和圖2，本發明實施例的汽車教學實訓臺包括設置在操 作臺40內的用于模擬汽車車輪轉動的車速模擬裝置60，和用于完成對車速模擬裝置60車
5速測量的車速監控電路20。還包括設置在操作臺40的表面41上、且連接至車速監控電路 20的速度顯示裝置50，用于顯示車速監控電路20檢測到的車速值。在操作臺40的表面41 上可設置有用于控制車速監控電路20動作的控制按鈕。 如圖3所示，本實施例中的車速監控電路20采用單片機控制處理系統及驅動電路 實現，其包括車速測量電路29、微控制電路21、數/模顯示電路23和輸入電路26。還可包 括連接至微控制電路21的報警輸出電路25，用于在檢測到的車速值超過預定值時進行報 警提示。 其中車速測量電路29用于獲取車速模擬裝置60的車速值；微控制電路21用于 將車速值與預定車速值進行比較，當車速值大于預定車速值時，產生報警指令；報警輸出電 路25用于在接收到報警指令時進行報警提示；數/模顯示電路23用于將檢測到的車速值 通過速度顯示裝置50進行顯示；輸入電路26具體可以是鍵盤電路，其連接至設置在操作臺 40表面41上的控制按鈕，用于將控制按鈕的操作轉換成指令信號發送到微控制電路21，控 制微控制電路21動作。 用于模擬汽車車輪轉動的車速模擬裝置60可采用電動機帶動齒輪轉動，車速測 量電路20包括連接至該車速模擬裝置60的脈沖傳感器291，通過脈沖傳感器291檢測到代 表車速模擬裝置60轉速的脈沖波，并發送給微控制電路21進行運算和處理。其中脈沖傳 感器291可測量的轉速范圍可根據需要通過軟件進行設定，如設定為0-22-km/h，速度顯示 裝置50的顯示范圍可設定為0-120km/h。 其中，本實施例的報警輸出電路25可連接一語音報警裝置，并可通過軟件設定預 定車速值為120km/h，當車速超過120km/h時，通過該報警輸出電路的語音報警裝置向用戶 進行語音提醒。 如圖3所示，在操作臺40內還設置有用于模擬真實汽車發動機水溫升降的發動機 水溫模擬裝置10，微控制電路21上還連接有風扇控制電路27，和用于完成對發動機水溫模 擬裝置10的水溫值測控的溫度測量電路22。操作臺40的表面41上還設置有溫度顯示裝 置30，用于顯示溫度測量電路22監測到的水溫值。 其中，發動機水溫模擬裝置10可由加熱器、水箱和風扇11組成，通過加熱器加熱 水箱中的水，模擬汽車發動機的水溫升高的過程；并通過風扇11來散熱冷卻，降低水箱中 水的溫度，模擬汽車發動機冷卻水溫的過程。 如圖3所示，溫度測量電路22連接至微控制電路21，并與微控制電路21、風扇控 制電路27、數/模顯示電路23、報警輸出電路25和輸入電路26 —起構成溫度測控電路。
具體是溫度測量電路22用于監測發動機水溫模擬裝置10的水溫值；微控制電 路21用于根據溫度測量電路所測得的水溫值，產生控制風扇ll轉速的風扇控制指令；風扇 控制電路27用于向風扇ll發送風扇控制指令，并控制風扇11轉動；數/模顯示電路23用 于將水溫值通過溫度顯示裝置30進行顯示。報警輸出電路25可在水箱的水溫值超過預定 值時進行報警提示。 溫度測量電路22具體可包括溫度傳感器221和A/D轉換電路，通過溫度傳感器 221監測得到發動機水溫模擬裝置10水箱中的水溫模擬量，并通過A/D轉換電路將水溫模 擬量轉換為數字的水溫值，并發送給微控制電路21。 為使本發明的實訓臺更可控，還可包括連接微控制電路21的復位電路24，以在系統出現故障時能及時的復位，重新進行設置操作，便于學生反復的進行故障檢測及實驗。
為模擬真實汽車的發動機冷卻水溫過程，在風扇控制電路27上分別連接有用于 控制風扇ll高速轉動的高速降溫繼電器lll，和用于控制風扇ll低速轉動的低速降溫繼電 器112。在微控制電路21獲取到的發動機水溫模擬裝置10水箱中的水溫值超過第一高溫 閾值(如88°C )時，產生第一控制指令并發送給低速降溫繼電器112，以控制風扇11低速 轉動，對水箱中的水進行初步降溫；在微控制電路21獲取到的發動機水溫模擬裝置IO水箱 中的水溫值超過第二高溫閾值(如93t:)時，產生第二控制指令并發送給高速降溫繼電器 111，以控制風扇11高速轉動，對水箱中的水進行進一步的降溫。 當加熱器繼續加熱，水箱中的水來不及降溫，達到第三高溫閾值(如95°C )時，微 控制電路21可產生一報警指令，并發送給報警輸出電路25進行報警提示。
其中，本實施例的報警輸出電路25還可連接一蜂鳴器，或指示燈等報警裝置，通 過聲音或指示燈的閃爍來進行提示。 以上所涉及的第一高溫閾值、第二高溫閾值和第三高溫閾值等參數，可在溫度測 控電路的程序燒入的時候進行參數設置。溫度顯示裝置30的顯示也可通過設定水溫閾值 來控制，如設置在水箱中的水達到某一溫度(如7(TC )時才開始顯示，以完全模擬真實汽車 環境，達到實訓的目的。 本實施例以上所述的溫度測控電路、車速監控電路20分別與發動機水溫模擬裝 置10和車速模擬裝置60相結合，不僅能真實的模擬汽車發動機的水溫測控過程和車速監 控過程，而且作為本實施例的基于單片機技術的汽車教學實訓臺的一個獨立電路模塊，可 由學生根據相關的單片機基礎知識和相關的硬件電路設計知識單獨設計完成，完成其硬件 部分功能；同時根據所學的軟件基礎知識對其控制過程進行編程、程序燒入，完成其軟件功 能。由于其所模擬的汽車發動機的水溫測控過程與汽車完全相同，因此可以很好的實現單 片機硬件和軟件課程的實際訓練，以填補現有課程中實際操作訓練的不足，使學生在面對 真實的汽車發動機水溫控制系統故障時游刃有余。 為實現人機交互，使學生更易操作，在本實施例的操作臺的表面上還設置有與以 上發動機水溫模擬裝置、溫度測量電路、車速監控電路等部件相對應的面板標識，以及各種 用于控制溫度測量電路和車速監控電路動作的控制按鈕，以及用于選擇車速監控功能和水 溫測量功能的選擇按鈕等部件。 其中控制按鈕可包括啟動控制按鈕、停止控制按鈕和復位控制按鈕，分別用于控 制微控制電路啟動、停止及復位。選擇按鈕的選擇程序也可根據需要由學生在程序中設定。
同時為更加真實的模擬汽車環境，在操作臺的表面上還可設置有與汽車相同的能 反應風扇轉速的風扇標識燈113，該風扇標識燈113連接至高速降溫繼電器111和低速降溫 繼電器112，實時反應出風扇11的轉速情況。 為了更方便學生對模擬的故障進行檢測，在操作臺40的表面41上還設置有能反 應溫度測控電路和車速檢測電路實際情況的原理圖標識，以及連接至溫度測量電路的第二 測試接口 28和連接至車速監控電路的第一測試接口 210，分別用于從外部測試溫度測量電 路22和車速監控電路20上的信號。 其中第一測試接口 210和第二測試接口 28可根據需要設置在溫度測量電路22和 車速監控電路20的不同地方，如設置在溫度測量電路22與微控制電路21的連接線上，和微控制電路21與風扇控制電路27的連接線，和微控制電路21與車速測量電路29的連接 線上等，可以是一個，也可以是多個，以便于檢測關鍵的電路信號。 在本發明所模擬的汽車發動機系統出現故障時，可直接采用測量設備通過這些測
試接口進行初步檢測，而不需要直接拆下溫度測量電路的電路板，當檢測到故障點時，可有
目的的針對溫度測量電路電路板上的位置進行處理，時故障排除更加容易。 本實施例中的操作臺40優選采用柜式，操作臺的外形，包括顏色、高度、立面角度
等均符合人體工程學的要求。為使其裝配、功能擴展更加靈活，操作臺40的表面41均采用
鑲嵌式馬賽克面板材料，實現了模塊化設計，功能擴展靈活。 為全方位貼近汽車實際，操作臺40內所配備的傳感器、繼電器、插接件、冷卻風 扇、面板標識等均來源于汽車，可消除學生學習的陌生感，使教學環境更加真實。且操作臺 內強弱電布線分離，既能保證安全，又可防止信號交叉干擾，確保控制系統的獨立穩定運 行，提高本發明實訓臺的可靠性。 本發明的基于單片機技術的汽車教學實訓臺，通過采用單片機控制處理系統及驅 動電路，實現汽車車速及發動機冷卻水溫的實時檢測、動態模擬及數字顯示，使學生能親自 參與電路設計和制版，并能模擬各種汽車發動機冷卻水溫故障，使學生能實際動手檢測電 路、排除故障。可涉及到的教學環節包括電路設計(電類學生)、PCB板的設計與制作(電 類學生)、實施電路器件選材，焊接制作、單板調試，編程(電類學生)、程序燒入，參數修改、 聯機調試、設置故障(汽車類學生)、排除故障(汽車類學生)等。 由于汽車車速和發動機水溫測控系統(包括發動機冷卻水溫測量、顯示及反饋)， 不僅能反映單片機在汽車控制系統的工作方式，且該系統的故障還是汽車最常見的故障， 具有典型性，代表性和實用性。因此本發明不僅解決了汽車專業教學過程中關于汽車車速 和發動機溫度冷卻水溫的測控與顯示的重要實訓難題，而且以汽車車速和發動機水溫測控 為模型，給學生學習汽車單片機應用技術提供了一個工作過程導向的項目課程教學平臺。
本發明可適用于技工院校、高職高專汽車類、電類專業項目課程教學以及復合型 人才培養，另一方面也填補了國內相應專業該教學設備的空白。本發明的實訓臺還是實施 "工作過程導向的項目課程教學"的極好載體，可以支持"單片機技術應用"、"計算機輔助設 計"、"電工基本技能訓練"等項目課程教學，也可以作為高級工、技師畢業論文課題；學生還 可以在"生產實習"課程教學中參與到企業的實訓臺生產。 應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
一種基于單片機技術的汽車教學實訓臺，其特征在于，包括操作臺，所述操作臺內設置有用于模擬汽車車速的車速模擬裝置，和用于完成對所述車速模擬裝置車速測量的車速監控電路；所述操作臺的表面上設置有用于控制所述車速監控電路動作的控制按鈕，和連接所述車速監控電路的第一測試接口，用于從外部測試所述車速監控電路上的信號；所述操作臺的表面上還設置有連接所述車速監控電路、用于顯示所述車速監控電路檢測到的車速值的速度顯示裝置。
2. 根據權利要求1所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述車速監控電路包括 車速測量電路，用于獲取所述車速模擬裝置的車速值；微控制電路，用于將所述車速值與預定車速值進行比較，當所述車速值大于所述預定車速值時，產生報警指令；報警輸出電路，用于在接收到所述報警指令時進行報警提示；數/模顯示電路，用于將所述車速值通過所述速度顯示裝置進行顯示；連接所述控制按鈕的輸入電路，用于將所述控制按鈕的操作轉換成指令信號發送到所述微控制電路，控制所述微控制電路動作。
3. 根據權利要求2所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述操作臺內還設置有用于 模擬汽車發動機水溫升降的發動機水溫模擬裝置，包括加熱器、水箱和風扇；其中，所述加熱器用于加熱水箱中的水，模擬汽車發動機的水溫升高的過程； 所述風扇用來降低水箱中水的溫度，模擬汽車發動機冷卻水溫的過程。
4. 根據權利要求3所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述微控制電路上還連接有 溫度測量電路，用于完成所述發動機水溫模擬裝置的水溫值測量；所述微控制電路上還連接有風扇控制電路，用于向所述風扇發送由微控制電路產生的 風扇控制指令，并控制所述風扇轉動；所述操作臺的表面上還設置有代表所述風扇轉速的風扇轉速標識。
5. 根據權利要求3所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述操作臺的表面上設置有 連接所述輸入電路的選擇按鈕，用于選擇所述車速測量電路或溫度測量電路；所述操作臺的表面上還設置有連接所述溫度測量電路的第二測試接口，用于從外部測 試所述溫度測量電路上的信號；所述操作臺的表面上還設置有連接所述數/模顯示電路、用于顯示所述溫度測量電路 檢測到的水溫值的溫度顯示裝置。
6. 根據權利要求1所述的基于單片機技術的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述控制 按鈕包括啟動控制按鈕、停止控制按鈕，分別用于控制所述微控制電路啟動和停止。
7. 根據權利要求5所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述第二測試接口連接在所 述溫度測量電路與所述微控制電路的電連接線、所述微控制電路與所述風扇控制電路的連 接線上；所述第一測試接口連接在所述微控制電路與所述車速測量電路的連接線上。
8. 根據權利要求1所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述車速監控電路還包括復 位電路，所述控制按鈕包括連接所述復位電路的復位控制按鈕。
9. 根據權利要求4所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述風扇控制電路連接有用 于控制所述風扇高速轉動的高速降溫繼電器，和用于控制所述風扇低速轉動的低速降溫繼電器。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的汽車教學實訓臺，其特征在于，所述操作臺的 表面采用鑲嵌式馬賽克模塊。
全文摘要
本發明涉及一種基于單片機技術的汽車教學實訓臺，其包括操作臺，操作臺內設置有車速模擬裝置和發動機水溫模擬裝置，以及用于完成對車速模擬裝置車速測量的車速監控電路和用于完成發動機水溫模擬裝置的水溫測量的溫度測控電路；操作臺的表面上設置有控制按鈕，還設置有連接車速監控電路和溫度測控電路的測試接口；操作臺的表面上還設置有連接車速監控電路、用于顯示車車速值的速度顯示裝置，和連接溫度測控電路、用于顯示水溫值的溫度顯示裝置。本發明的基于單片機技術的汽車教學實訓臺，解決了汽車教學過程中關于車速和發動機溫度冷卻水溫的測控與顯示的重要實訓難題，為學習汽車單片機應用技術提供了一個工作過程導向的項目課程教學平臺。
文檔編號G09B9/00GK101702271SQ20091010966
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者李文秋, 湯湘林, 王小娟, 邱勇根, 陽紅 申請人:深圳高級技工學校