摘要：研制淋浴喷头喷射流动场测试系统有助于对淋浴喷头综合性能进行评价，进而提高产品质量、开发新产品。在分析了淋浴喷头喷射流动场性能指标及测试对策的基础上，构建了基于CAN总线的测试系统，并采用优先级晋升算法进行总线调度。给出了CAN节点通信部分的硬件电路和程序设计方法，并在硬件上加入了多种抗干扰措施。实验结果证明，系统通信质量良好。该测试系统具有组态灵活、实时性好、可靠性高等特点。
关键词：CAN总线；淋浴喷头；喷射流动场；测试系统；优先级晋升算法

0 引言
    在现代社会中，淋浴喷头已成为人们生活中的必需品。对其性能的评价，除结构、耐用、水流方式等指标外，最终目标应是在节水、节能的前提下，人所感受的舒适与清洁效果。水流经过喷头后被分散成束状水滴喷射出去，水滴的大小、打击力以及喷洒的范围等会直接影响淋浴效果。喷射出的淋浴水在三维空间中形成的是一个流动场，各参量会随着高度的变化而不断改变。通过对淋浴喷头喷射流动场的测试，将流动场的各个性能指标综合起来分析将十分有助于对喷头整体性能的评价。
    在家用淋浴喷头喷射流动场的测试方面，国内外几乎是空白。但在工业和农用植保喷头的性能测试领域，国内外都进行了一定的研究。例如美国喷雾系统公司针对高压喷雾喷头研制的喷雾粒子打击力自动测试系统，由特殊结构的测压元件采集的信号经计算机处理后能生成粒子撞击的3D图像，方便对喷雾粒子的击打力和喷雾场进行全面研究；Sangon Park针对发动机喷嘴，通过激光诱导荧光法测量液滴直径，由激光衍射法获取分布信息；柳平增、丁为民等人研制的植保喷头综合性能测试实验台，分流量的采集由重量传感器和采集卡配合完成，用图像处理技术实现对喷雾角的测量。不过由于淋浴喷头与工业和植保喷头的喷射性能不尽相同，而且已做研究大多针对单一性能的测试，无法对喷射流动场特性进行综合分析。为此，需要研究开发一套专用的淋浴喷头喷射流动场测试系统。

1 测试系统构建
1．1 淋浴喷头喷射流动场性能指标及测试对策分析
    水流对人体的打击力和水温是淋浴喷头喷射流动场特性的主要参数，也是衡量淋浴喷头洗浴效果和舒适性的重要指标。喷射出的淋浴水，无论是在垂直方向还是在水平面上不同点之间参数各异。而且，人们在使用过程中的感受，随高度和受力面积的不同而不同，所以研究喷头流动场特性需对打击力场和温度场进行检测。另外考虑在不同温度下，人体对打击力的感受是不同的，而且大多数情况下温度变化对力传感器有影响，需要进行温度补偿，因此，在构建测试平台时，将打击力场和温度场的检测设置在一个智能模块下。
    结构不同的淋浴喷头在不同条件下喷射流动场的轮廓、水流方式和分布各异，在这个三维场中每一采样点对应温度、打击力、流速等多个参数。获取喷射场形态图像能够将采样点的参数与三维图对应起来，有助于建立更加清晰直观的喷射流动场特征数据库。同时，采集的喷射图像也是获得喷射流动场特性的重要来源，通过图像处理可以得到喷射角、气液比、流速等多个特征参数。因此，在测试系统中，需要获取喷射流动场的图像信息。
    对淋浴喷头而言，在获得相同喷射效果的同时，流量越小的越节水。但是，如果水压太低或者不稳定，水流达不到一定的喷射效果，就谈不上节水了。另外，水温的高低对喷射场的雾化性能有影响，会引起周围环境温度、湿度的改变。因此在对喷头喷射流动场特性进行研究时，需要采集流量、水压、水温和环境温湿度等一些过程参数。
1．2 喷射流动场测试系统
    淋浴喷头喷射流动场测试系统一方面要能够全面获取反映其性能的各项指标，另一方面需要对所获取的数据进行处理和融合，以对喷射流动场综合性能进行研究。也就是说测试系统既要构建基于某些方面性能的独立测试子系统，又要能够方便地将各个子系统联系起来。那么，系统构架及实时通信就成为测试系统要解决的主要内容。
    为此，构建了一套基于CAN总线的淋浴喷头喷射流动场测试系统，其总体结构如图1所示。CAN总线属于现场总线的范畴，是一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络。CAN总线的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而对通信数据块进行编码，从而使网络中节点配置更加灵活。同时在总线上传输的节点信息可被定义为不同的优先级，满足不同的实时要求，通信速度最高可达1 Mbps。