郑建伟单片机.docVIP

实践与探索 随着微机控制技术在汽车领域的广泛应用，汽车普遍 采用了微机控制系统，汽车的动力性、安全性、舒适性、 经济性都得到了显著的提高。现代汽车的维修要求维修人 员具备更专业的技术和更高的维修操作技能。在汽车电器 专业教学中，单片机应用技术是其中的重点和难点，尤其 是中央处理控制单元(ECU)，它是学生掌握汽车电器维修 技术的关键。本文结合汽车类专业的具体工作过程，选取 单片机在现代汽车技术上最具典型性和代表性的应用—— 发动机冷却水温度测控系统和汽车车轴转速系统作为切入 点，采取“解剖一个麻雀”的方法，研究开发了单片机项 目教学实训台模拟教学设备，不仅破解汽车类专业的单片 机及汽车电子技术教学难题，还将典型工作任务与工作过 程应用到单片机项目课程教学实践。 一、单片机项目教学实训台的组成和基本 原理 1.单片机项目教学实训台的基本组成 单片机项目教学实训台主要由汽车发动机冷却水温测 控系统和汽车车轴转速系统两个教学项目组成。整个硬件 配置有发动机热交换装置、车轴转速检测装置、中央处理 控制单元(ECU)、动态数字/模拟显示、语音报警、冷却风 扇控制电路、操作按钮以及信号测试端口等组成。 2.单片机项目实训的基本原理 （1）汽车发动机冷却水温测控系统。加热器加热水 箱，模拟发动机水温上升过程。传感器检测到发动机水 温信号产生模拟电压，经A/D转换成数字信号输入单片机 CPU，根据其内部预先存储的数据和编制的程序进行数学 计算和逻辑判断后实时显示水温。当水温上升到70℃时， 模拟指示灯开始指示；水温上升到88℃，低速降温继电器 动作，启动冷却风扇开始降温，低速模拟灯旋转指示；水 温上升到93℃，高速降温继电器动作，高速模拟灯旋转指 示；水温上升到95℃，超温报警器报警，加热器停止加 热，水温开始下降。当水温降到93℃时，风扇高速继电器 断开；水温降到88℃，风扇低速继电器断开，冷却风扇停 止运行。当水温自然冷却到70℃，加热器再次加热，一个 工作循环结束。 （2）汽车车轴转速系统。电机转动带动测量齿轮， 模拟汽车车速变化过程。传感器检测到车速信号经整形放 大处理后转换成脉冲波输入单片机CPU，根据其内部设置 的程序进行数学计算和分析后对汽车车速进行实时监控显 示，当实际车速值大于人工预设值120Km/h时，语音报警 超速提示。车速测量范围为0——240Km/h。 （3）故障诊断系统。通过操作选择按钮Ⅲ方式，人工 设置相关故障，数字灯闪烁并显示故障代码。 二、单片机项目教学实训台研发与制作 在开发设计单片机项目教学实训台的前期阶段， 考虑到以前的实训台架只是制作测试端子，不能形象地反 映单片机项目教学的工作过程与控制原理，实训中还必须 另外找电控原理图才能实施查故排故的专业训练。结合汽 车专业的工作特点，将单片机两个训练项目的整套原理图 直接制作在教学实训台的立面上，从而能直观、形象地反 映发动机水温与汽车车速的测控原理。设备上采用的传感 器、继电器、冷却风扇、接插件甚至连面板标识都来源于 汽车，全方位针对汽车电器的工作过程进行项目教学，学 生学习起来就会感到有亲切感，不会陌生。另外在面板上 的控制原理图上嵌入安装了测量信号端子，可对发动机水 温和车速的各种参数进行实时测量和动态分析，方便了单 片机的项目教学，并使查故排故训练现场化，创建真实教 学环境。 教学的环节有：项目电路设计、PCB板制作、电子元 件插件焊接、硬件测试、软件编程参数修改、程序调试与 烧录、故障处理排除、工作页的撰写等。 1.单片机项目教学实训台的研制工作 （1）汽车市场调研、专家研讨，结合汽车类专业具体 工作过程，确定教学项目。对项目的组成、系统结构与功 能进行技术分析，为研制做好准备工作。 （2）整体方案研究，明确项目研发的目标、任务、关 键技术及解决方案。 （3）制定技术路线与详细设计内容，包括硬件软件、 实训台外观钣金、材料采购、电子PCB板的打样等，设计 力求科学合理。 （4）委托生产厂家按要求进行加工制作，力求制作过 程实用美观、尽量降低生产成本。 （5）实训设备现场装配、硬件测试、软件调试、系统 联机试验。 （6）作为教学平台设置各种故障，不断总结、完善提 高。 2.单片机项目教学实训台拟解决的关键问题 （1）教学项目的选取要具有代表性、经典性和实用 性。 （2）台架结构坚实、元件布局合理、外形美观、实 用。 （3）面板操作简单、人机界面友好，实现模块化设 计，预留项目教学扩展功能接口。 （4）信号实现隔离，具备防干扰措施，确保安全可 靠。 （5）ECU板采用单片机教学系统，设计总线方式，满 足现场查故排故要求。 三、单片机项目教学实训台的关键技术和 诊断功能 1.单片机项目教学实训台的关键技术 （1）发动机冷却水温与车速的实时检测、动态模拟及