智能馬桶觸發式壽命測試系統的研制

王澤波 區卓琨 李業成 鄭雙江

摘 要：人們在日常生活中使用白色陶瓷器具盛放帶有顏色的液態食物一段時間后，有時帶色液體會滲入釉層進入坯體而無法清洗去除，體現在使用過程中的抗滲污性差，存在質量問題。本文旨在通過實驗，確定一種測定白色日用陶瓷器具（包括底色為白色周邊有各種花色圖案的陶瓷器具）抗滲污性的方法，該研究是對日用陶瓷器具覆蓋范圍最大的檢測標準GB/T3532-2009《日用瓷器》中未涉及到的方面進行的有益補充和完善。

關鍵詞：白色;陶瓷器具;抗滲污性;測定方法

1 前 言

智能馬桶基礎功能主要包括清洗、座圈加熱、暖風干燥等，隨著技術的進步、消費者使用要求的提高，產品也在不斷的升級，智能馬桶功能逐漸擴展到婦洗、移動按摩、消毒、除臭、蓋板自動開合等多種功能。智能馬桶的壽命測試，是模擬其功能的一般程序及其步驟所進行的耐久性試驗，是評價產品質量好壞的重要指標之一，可為新產品開發、質量監督、質量仲裁等提供有效的科學數據。

本控制系統采用 “PC機+運動控制卡”方案，根據智能馬桶的實際功能進行參數設置，適合對各類智能馬桶產品進行壽命測試，可實時觀察試驗過程檢測數據，為產品質量檢驗提供依據。

運動控制卡采用專業運動控制芯片或高速DSP作為運動控制核心，大多用于控制步進電機或伺服電機。并且運動控制卡都配有功能強大、內容豐富的運動控制驅動軟件工具，用戶可以短期內在DOS或Windows系統平臺下自行開發出功能強大的運動控制系統。

2 系統組成及硬件介紹

本系統的硬件組成框圖如圖1所示。控制卡采用深圳固高公司GT200-SV運動控制卡，工作臺的驅動系統采用安川公司的SGMAH-08AAA41永磁式交流伺服電機和SGDM-08ADA交流伺服驅動器。交流伺服電機直接驅動滾珠絲杠旋轉，動態的調節氣缸平臺的高度。交流伺服電機端部的增量式碼盤被用于電機轉子角位置的反饋，與伺服驅動器構成半閉環控制方式。氣缸平臺實時位置通過紅外測距傳感器傳送到運動控制卡，使系統構成全閉環控制方式。

固高公司生產的GT200-SV運動控制卡，可以同時控制多個運動軸，實現復雜的多軸協調運動。運動控制器結構框圖如圖2所示，其外形結構如圖3所示。運動卡的核心是ADSP2181數字信號處理器和FPGA，前者的哈佛結構和MAC單元非常適合完成復雜的運動控制算法，充分利用DSP的高速計算能力，實現復雜的運動規劃、高速實時多軸插補、誤差補償、伺服控制濾波和更復雜的運動學、動力學計算以及實時控制管理，使得運動控制精度更高、速度更快、運動更加平穩;后者FPGA邏輯可編程器件和其他相關器件組成伺服控制和位置反饋硬件接口，實現譯碼、倍頻、脈沖分配、定時、計數等功能。運動控制卡采用ISA或PCI總線與PC相連，數據通過雙端口RAM在上下位機間傳送。雙端口RAM是一種特殊的隨機存儲器，它具有兩組數據總線和地址總線，在地址不沖突的情況下，兩組總線可以在同一時間并行地訪問不同的存儲器單元。雙端口RAM的這種特殊結構使得上下位機可以快速地進行大規模數據交換，大大提高了主機與DSP運動控制卡的并行處理能力，解除了以往主從式系統CPU間通訊的瓶頸。

3 運動控制系統的軟件開發

3.1 控制卡的軟件介紹

GT200-SV被設計成用戶可編程運動控制器，該控制器同時提供C語言編寫的用戶接口函數庫和在Windows98/2000/NT環境下的動態鏈接庫，利用里邊的功能函數可實現高性能的控制功能。用戶能夠將這些控制函數與自己控制系統所需的數據處理、界面顯示、用戶接口等應用程序模塊集成在一起，開發滿足特定應用要求的控制系統[1]。

（1）函數庫中使用的單位和函數返回值通常約定如下：

單位：位移或距離的單位為Pulse，即脈沖數;速度的單位為Pulse/ST，即脈沖/控制周期;加速度的單位是Pulse/ST2，即脈沖/控制周期2（ST為控制周期）。

函數返回值：運動庫中的大多數函數是整型函數，它們的返回意義如下：0表示函數執行正確;-1表示函數通訊錯誤。

（2）函數庫中可供調用的功能函數主要有：

運動控制卡初始化函數、專用輸入信號參數設置函數、運動控制軸初始化函數、軸運動模式設置函數、獨立運動和插補運動函數、位置和狀態設置函數、I/0口操作函數、錯誤代碼函數等等。

3.2 軟件程序框圖

圖4為上位機程序框圖。對于PCI卡，必須先在用戶程序中加入：#include “GT200.h”，接著選擇project―setting―link，在Object/library modules中輸入GT200.lib，然后用戶即可在程序中調用動態鏈接庫中的函數[3]。可以實現對運動控制器的初始化，讀取控制器的相關信息，設置ADC和DAC的偏移量，設置編碼器常數等，運動控制器定時與上位機通訊，向運動控制器指定的地址或地址塊寫入和讀取整型和浮點數據或數據塊。

3.3 人機交互界面設計

圖5為智能馬桶壽命測試控制界面，該系統一共有四個工位，下面對其中各部分的功能進行簡要的介紹。

氣缸間隔時間設置：根據智能馬桶各功能實際情況進行參數設置，單位為s;每個工位各氣缸啟用控制，單擊相應按鈕選擇“使用”或“不使用”;壽命測試次數設置;測試累計次數顯示;啟動、停止控制;測試次數復位等等。

點擊啟動按鈕，運動控制卡根據反饋的紅外傳感器信號，控制伺服電機調整氣缸平臺到合適的位置，筆式氣缸下端到智能馬桶控制面板上表面的距離默認為4cm，距離調整好后開始進行壽命測試。通過啟用或關閉各氣缸的動作，實現對智能馬桶控制面板各功能按鍵的觸發;通過設置各氣缸動作時間的間隔，實現沖洗、烘干、除臭等功能的有序重復運行;壽命測試的次數實時顯示在控制界面上。

4 結語

該壽命測試系統采用“PC+運動控制卡”的開放式硬件結構，可充分利用PC機的豐富資源和運動控制卡強大的實時處理功能。相對采用單片機或DSP等硬件作為控制器的硬件結構來說，本文硬件結構方案可縮短了系統的開發周期，而且保證了系統的穩定性，可為智能馬桶生產廠家及檢測機構開展產品壽命測試提供可靠數據。

參考文獻

[1] 固高公司.GT系列運動控制器用戶手冊[Z]，2001

[2] 固高公司.GT系列運動控制器編程手冊[Z]，2001

[3] 叢爽，李澤湘.實用運動控制技術[M].北京：電子工業出版社，2006