基于CAN總線的淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)

摘要：研制淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)有助于對(duì)淋浴噴頭綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。在分析了淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)性能指標(biāo)及測(cè)試對(duì)策的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于CAN總線的測(cè)試系統(tǒng)，并采用優(yōu)先級(jí)晉升算法進(jìn)行總線調(diào)度。給出了CAN節(jié)點(diǎn)通信部分的硬件電路和程序設(shè)計(jì)方法，并在硬件上加入了多種抗干擾措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，系統(tǒng)通信質(zhì)量良好。該測(cè)試系統(tǒng)具有組態(tài)靈活、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：CAN總線；淋浴噴頭；噴射流動(dòng)場(chǎng)；測(cè)試系統(tǒng)；優(yōu)先級(jí)晉升算法

0 引言
在現(xiàn)代社會(huì)中，淋浴噴頭已成為人們生活中的必需品。對(duì)其性能的評(píng)價(jià)，除結(jié)構(gòu)、耐用、水流方式等指標(biāo)外，最終目標(biāo)應(yīng)是在節(jié)水、節(jié)能的前提下，人所感受的舒適與清潔效果。水流經(jīng)過(guò)噴頭后被分散成束狀水滴噴射出去，水滴的大小、打擊力以及噴灑的范圍等會(huì)直接影響淋浴效果。噴射出的淋浴水在三維空間中形成的是一個(gè)流動(dòng)場(chǎng)，各參量會(huì)隨著高度的變化而不斷改變。通過(guò)對(duì)淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)的測(cè)試，將流動(dòng)場(chǎng)的各個(gè)性能指標(biāo)綜合起來(lái)分析將十分有助于對(duì)噴頭整體性能的評(píng)價(jià)。
在家用淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)的測(cè)試方面，國(guó)內(nèi)外幾乎是空白。但在工業(yè)和農(nóng)用植保噴頭的性能測(cè)試領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了一定的研究。例如美國(guó)噴霧系統(tǒng)公司針對(duì)高壓噴霧噴頭研制的噴霧粒子打擊力自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，由特殊結(jié)構(gòu)的測(cè)壓元件采集的信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后能生成粒子撞擊的3D圖像，方便對(duì)噴霧粒子的擊打力和噴霧場(chǎng)進(jìn)行全面研究；Sangon Park針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，通過(guò)激光誘導(dǎo)熒光法測(cè)量液滴直徑，由激光衍射法獲取分布信息；柳平增、丁為民等人研制的植保噴頭綜合性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分流量的采集由重量傳感器和采集卡配合完成，用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴霧角的測(cè)量。不過(guò)由于淋浴噴頭與工業(yè)和植保噴頭的噴射性能不盡相同，而且已做研究大多針對(duì)單一性能的測(cè)試，無(wú)法對(duì)噴射流動(dòng)場(chǎng)特性進(jìn)行綜合分析。為此，需要研究開(kāi)發(fā)一套專(zhuān)用的淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建
1．1 淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)性能指標(biāo)及測(cè)試對(duì)策分析
水流對(duì)人體的打擊力和水溫是淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)特性的主要參數(shù)，也是衡量淋浴噴頭洗浴效果和舒適性的重要指標(biāo)。噴射出的淋浴水，無(wú)論是在垂直方向還是在水平面上不同點(diǎn)之間參數(shù)各異。而且，人們?cè)谑褂眠^(guò)程中的感受，隨高度和受力面積的不同而不同，所以研究噴頭流動(dòng)場(chǎng)特性需對(duì)打擊力場(chǎng)和溫度場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。另外考慮在不同溫度下，人體對(duì)打擊力的感受是不同的，而且大多數(shù)情況下溫度變化對(duì)力傳感器有影響，需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，因此，在構(gòu)建測(cè)試平臺(tái)時(shí)，將打擊力場(chǎng)和溫度場(chǎng)的檢測(cè)設(shè)置在一個(gè)智能模塊下。
結(jié)構(gòu)不同的淋浴噴頭在不同條件下噴射流動(dòng)場(chǎng)的輪廓、水流方式和分布各異，在這個(gè)三維場(chǎng)中每一采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度、打擊力、流速等多個(gè)參數(shù)。獲取噴射場(chǎng)形態(tài)圖像能夠?qū)⒉蓸狱c(diǎn)的參數(shù)與三維圖對(duì)應(yīng)起來(lái)，有助于建立更加清晰直觀的噴射流動(dòng)場(chǎng)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，采集的噴射圖像也是獲得噴射流動(dòng)場(chǎng)特性的重要來(lái)源，通過(guò)圖像處理可以得到噴射角、氣液比、流速等多個(gè)特征參數(shù)。因此，在測(cè)試系統(tǒng)中，需要獲取噴射流動(dòng)場(chǎng)的圖像信息。
對(duì)淋浴噴頭而言，在獲得相同噴射效果的同時(shí)，流量越小的越節(jié)水。但是，如果水壓太低或者不穩(wěn)定，水流達(dá)不到一定的噴射效果，就談不上節(jié)水了。另外，水溫的高低對(duì)噴射場(chǎng)的霧化性能有影響，會(huì)引起周?chē)h(huán)境溫度、濕度的改變。因此在對(duì)噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)特性進(jìn)行研究時(shí)，需要采集流量、水壓、水溫和環(huán)境溫濕度等一些過(guò)程參數(shù)。
1．2 噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)
淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)一方面要能夠全面獲取反映其性能的各項(xiàng)指標(biāo)，另一方面需要對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和融合，以對(duì)噴射流動(dòng)場(chǎng)綜合性能進(jìn)行研究。也就是說(shuō)測(cè)試系統(tǒng)既要構(gòu)建基于某些方面性能的獨(dú)立測(cè)試子系統(tǒng)，又要能夠方便地將各個(gè)子系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。那么，系統(tǒng)構(gòu)架及實(shí)時(shí)通信就成為測(cè)試系統(tǒng)要解決的主要內(nèi)容。
為此，構(gòu)建了一套基于CAN總線的淋浴噴頭噴射流動(dòng)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。CAN總線屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種能有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼，從而使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)配置更加靈活。同時(shí)在總線上傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)信息可被定義為不同的優(yōu)先級(jí)，滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，通信速度最高可達(dá)1 Mbps。