主頁 > 企 業(yè) 博 客 > 多點互動新能源汽車實訓(xùn)臺的設(shè)計研究
目前，我國已成為汽車產(chǎn)銷量第一大國，隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益嚴重，發(fā)展新能源汽車成為我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。由于新能源汽車還未普及，維修新能源汽車的后市場不太成熟。對新能源汽車的檢測與維修不僅要求實踐動手能力強，而且更要求電工電子技術(shù)理論好，因此學(xué)習(xí)新能源汽車的檢測與維修必須理論與實踐相結(jié)合?？v觀市場，新能源汽車實訓(xùn)設(shè)備非常少，而且大部分都采用傳統(tǒng)方法設(shè)計新能源汽車實訓(xùn)設(shè)備。這種方法設(shè)計的實訓(xùn)設(shè)備大多都是實操項目少、互動少，學(xué)生不感興趣，利用率低下。為此，本文引入了點觸互動和游戲通關(guān)的理念，研究設(shè)計了一種讓學(xué)生既感興趣又能學(xué)到東西的新能源汽車實訓(xùn)設(shè)備———新型多點互動新能源汽車實訓(xùn)臺。
1 點觸互動的功能原理
本文設(shè)計的新能源汽車實訓(xùn)臺基于點觸互動和游戲通關(guān)理念，它由大屏幕觸摸電腦一體機、汽車總成和點觸互動工具三部分組成，并安裝到實訓(xùn)臺架上。其功能原理如下：
（１）當用點觸工具在實訓(xùn)臺上各總成點觸時，可識別到該總成，隨后使用ｗｉｆｉ技術(shù)將相關(guān)信息傳回到大屏幕電腦一體機，大屏幕上的軟件主界面隨即彈出顯示框，顯示對應(yīng)總成的圖片、視頻、文字說明以及相關(guān)功能等。如果壓下點觸筆的筆尾按鈕點觸總成時，還可在手機ＡＰＰ上顯示對應(yīng)總成的圖片、視頻、文字說明以及相關(guān)功能等，實現(xiàn)學(xué)生個性化的汽車技術(shù)實物互動學(xué)習(xí)。進一步還可通過點觸實物總成選擇相關(guān)項目的自動考試題庫。
（２）采用點觸互動和游戲通關(guān)理念設(shè)計系統(tǒng)軟件平臺。通過點觸實訓(xùn)臺上的檢測端子即可進入已開發(fā)好的系統(tǒng)虛擬仿真軟件做檢測排故（排除故障）。虛擬仿真軟件采用隨機設(shè)故障的方式讓學(xué)生做故障排除，采用游戲通關(guān)模式，如果排除了虛擬仿真故障即可解鎖更高難度的由ｗｉｆｉ無線斷路器設(shè)置的真車故障。真車故障設(shè)置軟件同樣采用類似游戲通關(guān)的模式，先簡后繁地自動設(shè)置故障點。游戲通關(guān)是學(xué)生最熟悉和喜歡的模式，按照該模式設(shè)計的新型多點互動實訓(xùn)臺一定可激發(fā)學(xué)生實操學(xué)習(xí)的好奇心、好勝心。游戲通關(guān)理念的核心思想就是通過先進行軟件仿真排故后做硬件真車排故，先進行簡單排故后完成復(fù)雜綜合排故，循序漸進地實操學(xué)習(xí)新能源汽車的檢測與維修。
2 新能源汽車實訓(xùn)臺軟件平臺設(shè)計
軟件平臺要求獨占運行（即電腦啟動后自動運行軟件，并且不能窗口切換運行其他軟件如ｑｑ、視頻播放、音頻播放等），屏幕默認顯示傳統(tǒng)示教板上的檢測端子和電路圖。點擊相關(guān)元器件和汽車控制器可以顯示相關(guān)器件的工作原理。新能源汽車實訓(xùn)臺軟件界面如圖２所示，圈起來的部分為熱點，點擊Ｍ２熱點，可以在此電路圖上彈出顯示框，顯示Ｍ２（電機）的真實照片、說明、工作原理與視頻等。再次點擊此界面的非熱點區(qū)域，退出上述顯示。如果該部件配備視頻、動畫等，需進一步點擊才可播放。圖２中圈起來的電路端子號，如快充口２、７端子，點擊后統(tǒng)一顯示快充接口照片，并指出照片中哪一個是端子２、哪一個是端子７以及對應(yīng)端子的定義和作用。圖２中圈起來的特殊的線路，點擊顯示其是什么線路，它的作用和正常的電壓等電路參數(shù)。使用點觸筆點觸實物總成，顯示屏上對應(yīng)的熱點會閃爍，同時彈出顯示窗口，顯示對應(yīng)部件的說明和工作原理與視頻，同時該部分配備的視頻、動畫直接開始播放解說，顯示科技感。
軟件留有連接仿真排故軟件和真車故障設(shè)置的接口。使用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ軟件制作的電路仿真排故模塊將其私人訂制式改成故障難度等級制，根據(jù)實訓(xùn)臺排故難度和原理設(shè)計出相應(yīng)的等級，另外也可通過增加故障點數(shù)來增加難度等級，最高難度設(shè)置為隨機３個故障點（此處不易設(shè)故太難，以防真車排故模塊不能解鎖）。真車故障設(shè)置使用ｗｉｆｉ斷路器配置軟硬件，最高難度設(shè)置同樣為隨機３個故障點。仿真排故的等級為：隨機設(shè)置一個故障點為１級，隨機設(shè)置二個故障點為２級，故障點全設(shè)為３級。實訓(xùn)臺真車排故的等級設(shè)２級～６級，按照故障點的難度系數(shù)和數(shù)量設(shè)置，最多設(shè)２個故障點。要求至少完成仿真排故的等級１才能做真車排故，真車排故的難度等級解鎖受仿真排故影響，如仿真排故過了２級，才可解鎖真車排故的３級～４級，其５級～６級需要達到仿真排故的３級才能解鎖。
3 實訓(xùn)設(shè)備的硬件設(shè)計
新能源汽車實訓(xùn)臺硬件包括新能源汽車總成、大屏幕觸摸電腦一體機和點觸工具三部分。各總成按照汽車真實的電路連接起來以實現(xiàn)該系統(tǒng)的各項功能。在上述連接線路中增加ｗｉｆｉ無線斷路器，用以設(shè)置真車硬件斷路、虛接的故障。在各新能源汽車總成上粘貼含有隱形碼的標簽，該標簽包括印刷有該總成的真實名稱及在名稱下隱藏的該總成對應(yīng)的標識隱形碼。
點觸工具由微型攝像頭、微控制器（ＭＣＵ）、光學(xué)辨別模塊（ＯＩＤ）、ｗｉｆｉ模塊以及點觸程序組成［４］。點觸工具識別新能源汽車總成的隱形碼并采用ｗｉｆｉ傳輸將識別的隱形碼標識信息傳回給大屏幕觸摸電腦一體機。點觸工具的隱形碼由近似等灰度且肉眼難以辨別的點依特定規(guī)則所組成，隱形碼有上萬個不同的碼值，不同的碼值對應(yīng)不同的特定數(shù)值，新能源汽車的大型總成不超過１?。埃埃皞€，故采用多對一的優(yōu)化編碼方式可提高觸感速度，使用戶的體驗感更強。隱形碼的光學(xué)辨別技術(shù)搭起了實訓(xùn)臺實物設(shè)備與實訓(xùn)軟件系統(tǒng)之間的橋梁，它最大的特點是微小化的底碼不僅具有保密與低視覺干擾特性，更能隱藏在印刷品的彩色圖案之下。
微型攝像頭抓拍實訓(xùn)臺上標簽的隱形碼，隨后微控制器ＭＣＵ會判斷圖像清晰度是否合適，如果合適，進行硬件電路解碼并查找對應(yīng)的隱形碼的碼值索引。該索引隨后會進行兩路處理：①點觸工具上的微控制器將碼值通過通訊接口傳送給解碼電路，該解碼電路根據(jù)碼值將儲存在點觸工具儲存器中相應(yīng)的語音文件通過發(fā)音設(shè)備發(fā)出，點觸工具語音播報實訓(xùn)臺總成的名稱；②經(jīng)ｗｉｆｉ無線傳輸，送給大屏幕觸摸電腦一體機，電腦一體機中的點觸程序接收到碼值索引并提取數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的編碼信息，隨后程序根據(jù)編碼信息顯示實訓(xùn)臺對應(yīng)的顯示內(nèi)容和語音解說［５］。如此，我們拿一只無線點觸工具即可隨意與新能源汽車各個總成進行互動和學(xué)習(xí)。 次采用大屏觸摸顯示器替代傳統(tǒng)的繪圖示教板，將更多的課程教學(xué)資源引入到實訓(xùn)臺的操作項目中，使學(xué)生不用在實操的時候翻維修手冊、查紙質(zhì)技術(shù)資料。
其次，該實訓(xùn)臺引入了多點互動的理念，使用了隱形碼技術(shù)和觸感工具技術(shù)，當學(xué)生在用點觸工具點觸新能源汽車總成時，在屏幕上可直接顯示對應(yīng)總成的圖片、說明和相關(guān)功能，如果是系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備存在的實操互動少、學(xué)生不感興趣、利用率低下等問題。另外，本研究引入了游戲通關(guān)的理念開發(fā)軟件系統(tǒng)，采用系統(tǒng)隨機設(shè)故障的方式讓學(xué)生先模擬排除仿真故障以解鎖更高難度真車故障。
1 點觸互動的功能原理
本文設(shè)計的新能源汽車實訓(xùn)臺基于點觸互動和游戲通關(guān)理念，它由大屏幕觸摸電腦一體機、汽車總成和點觸互動工具三部分組成，并安裝到實訓(xùn)臺架上。其功能原理如下：
（１）當用點觸工具在實訓(xùn)臺上各總成點觸時，可識別到該總成，隨后使用ｗｉｆｉ技術(shù)將相關(guān)信息傳回到大屏幕電腦一體機，大屏幕上的軟件主界面隨即彈出顯示框，顯示對應(yīng)總成的圖片、視頻、文字說明以及相關(guān)功能等。如果壓下點觸筆的筆尾按鈕點觸總成時，還可在手機ＡＰＰ上顯示對應(yīng)總成的圖片、視頻、文字說明以及相關(guān)功能等，實現(xiàn)學(xué)生個性化的汽車技術(shù)實物互動學(xué)習(xí)。進一步還可通過點觸實物總成選擇相關(guān)項目的自動考試題庫。
（２）采用點觸互動和游戲通關(guān)理念設(shè)計系統(tǒng)軟件平臺。通過點觸實訓(xùn)臺上的檢測端子即可進入已開發(fā)好的系統(tǒng)虛擬仿真軟件做檢測排故（排除故障）。虛擬仿真軟件采用隨機設(shè)故障的方式讓學(xué)生做故障排除，采用游戲通關(guān)模式，如果排除了虛擬仿真故障即可解鎖更高難度的由ｗｉｆｉ無線斷路器設(shè)置的真車故障。真車故障設(shè)置軟件同樣采用類似游戲通關(guān)的模式，先簡后繁地自動設(shè)置故障點。游戲通關(guān)是學(xué)生最熟悉和喜歡的模式，按照該模式設(shè)計的新型多點互動實訓(xùn)臺一定可激發(fā)學(xué)生實操學(xué)習(xí)的好奇心、好勝心。游戲通關(guān)理念的核心思想就是通過先進行軟件仿真排故后做硬件真車排故，先進行簡單排故后完成復(fù)雜綜合排故，循序漸進地實操學(xué)習(xí)新能源汽車的檢測與維修。
2 新能源汽車實訓(xùn)臺軟件平臺設(shè)計
軟件平臺要求獨占運行（即電腦啟動后自動運行軟件，并且不能窗口切換運行其他軟件如ｑｑ、視頻播放、音頻播放等），屏幕默認顯示傳統(tǒng)示教板上的檢測端子和電路圖。點擊相關(guān)元器件和汽車控制器可以顯示相關(guān)器件的工作原理。新能源汽車實訓(xùn)臺軟件界面如圖２所示，圈起來的部分為熱點，點擊Ｍ２熱點，可以在此電路圖上彈出顯示框，顯示Ｍ２（電機）的真實照片、說明、工作原理與視頻等。再次點擊此界面的非熱點區(qū)域，退出上述顯示。如果該部件配備視頻、動畫等，需進一步點擊才可播放。圖２中圈起來的電路端子號，如快充口２、７端子，點擊后統(tǒng)一顯示快充接口照片，并指出照片中哪一個是端子２、哪一個是端子７以及對應(yīng)端子的定義和作用。圖２中圈起來的特殊的線路，點擊顯示其是什么線路，它的作用和正常的電壓等電路參數(shù)。使用點觸筆點觸實物總成，顯示屏上對應(yīng)的熱點會閃爍，同時彈出顯示窗口，顯示對應(yīng)部件的說明和工作原理與視頻，同時該部分配備的視頻、動畫直接開始播放解說，顯示科技感。
軟件留有連接仿真排故軟件和真車故障設(shè)置的接口。使用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ軟件制作的電路仿真排故模塊將其私人訂制式改成故障難度等級制，根據(jù)實訓(xùn)臺排故難度和原理設(shè)計出相應(yīng)的等級，另外也可通過增加故障點數(shù)來增加難度等級，最高難度設(shè)置為隨機３個故障點（此處不易設(shè)故太難，以防真車排故模塊不能解鎖）。真車故障設(shè)置使用ｗｉｆｉ斷路器配置軟硬件，最高難度設(shè)置同樣為隨機３個故障點。仿真排故的等級為：隨機設(shè)置一個故障點為１級，隨機設(shè)置二個故障點為２級，故障點全設(shè)為３級。實訓(xùn)臺真車排故的等級設(shè)２級～６級，按照故障點的難度系數(shù)和數(shù)量設(shè)置，最多設(shè)２個故障點。要求至少完成仿真排故的等級１才能做真車排故，真車排故的難度等級解鎖受仿真排故影響，如仿真排故過了２級，才可解鎖真車排故的３級～４級，其５級～６級需要達到仿真排故的３級才能解鎖。
3 實訓(xùn)設(shè)備的硬件設(shè)計
新能源汽車實訓(xùn)臺硬件包括新能源汽車總成、大屏幕觸摸電腦一體機和點觸工具三部分。各總成按照汽車真實的電路連接起來以實現(xiàn)該系統(tǒng)的各項功能。在上述連接線路中增加ｗｉｆｉ無線斷路器，用以設(shè)置真車硬件斷路、虛接的故障。在各新能源汽車總成上粘貼含有隱形碼的標簽，該標簽包括印刷有該總成的真實名稱及在名稱下隱藏的該總成對應(yīng)的標識隱形碼。
點觸工具由微型攝像頭、微控制器（ＭＣＵ）、光學(xué)辨別模塊（ＯＩＤ）、ｗｉｆｉ模塊以及點觸程序組成［４］。點觸工具識別新能源汽車總成的隱形碼并采用ｗｉｆｉ傳輸將識別的隱形碼標識信息傳回給大屏幕觸摸電腦一體機。點觸工具的隱形碼由近似等灰度且肉眼難以辨別的點依特定規(guī)則所組成，隱形碼有上萬個不同的碼值，不同的碼值對應(yīng)不同的特定數(shù)值，新能源汽車的大型總成不超過１?。埃埃皞€，故采用多對一的優(yōu)化編碼方式可提高觸感速度，使用戶的體驗感更強。隱形碼的光學(xué)辨別技術(shù)搭起了實訓(xùn)臺實物設(shè)備與實訓(xùn)軟件系統(tǒng)之間的橋梁，它最大的特點是微小化的底碼不僅具有保密與低視覺干擾特性，更能隱藏在印刷品的彩色圖案之下。
微型攝像頭抓拍實訓(xùn)臺上標簽的隱形碼，隨后微控制器ＭＣＵ會判斷圖像清晰度是否合適，如果合適，進行硬件電路解碼并查找對應(yīng)的隱形碼的碼值索引。該索引隨后會進行兩路處理：①點觸工具上的微控制器將碼值通過通訊接口傳送給解碼電路，該解碼電路根據(jù)碼值將儲存在點觸工具儲存器中相應(yīng)的語音文件通過發(fā)音設(shè)備發(fā)出，點觸工具語音播報實訓(xùn)臺總成的名稱；②經(jīng)ｗｉｆｉ無線傳輸，送給大屏幕觸摸電腦一體機，電腦一體機中的點觸程序接收到碼值索引并提取數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的編碼信息，隨后程序根據(jù)編碼信息顯示實訓(xùn)臺對應(yīng)的顯示內(nèi)容和語音解說［５］。如此，我們拿一只無線點觸工具即可隨意與新能源汽車各個總成進行互動和學(xué)習(xí)。 次采用大屏觸摸顯示器替代傳統(tǒng)的繪圖示教板，將更多的課程教學(xué)資源引入到實訓(xùn)臺的操作項目中，使學(xué)生不用在實操的時候翻維修手冊、查紙質(zhì)技術(shù)資料。
其次，該實訓(xùn)臺引入了多點互動的理念，使用了隱形碼技術(shù)和觸感工具技術(shù)，當學(xué)生在用點觸工具點觸新能源汽車總成時，在屏幕上可直接顯示對應(yīng)總成的圖片、說明和相關(guān)功能，如果是系統(tǒng)實訓(xùn)設(shè)備存在的實操互動少、學(xué)生不感興趣、利用率低下等問題。另外，本研究引入了游戲通關(guān)的理念開發(fā)軟件系統(tǒng)，采用系統(tǒng)隨機設(shè)故障的方式讓學(xué)生先模擬排除仿真故障以解鎖更高難度真車故障。