摘  要： 針對(duì)傳統(tǒng)的鎖具耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)可靠性差、造價(jià)高、響應(yīng)速度慢的不足，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新的摩托車鎖具耐久性試驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特別是軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳盡的論述。該系統(tǒng)采用VC進(jìn)行基于組件的模塊化開(kāi)發(fā)，并且使用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)思想上具有獨(dú)創(chuàng)性，設(shè)備操作的便捷性和適用性相對(duì)較好，實(shí)際運(yùn)行效果良好。

　　關(guān)鍵詞： 鎖具；耐久試驗(yàn)；模塊化開(kāi)發(fā)

0 引言

　　作為人們?nèi)粘Ｊ褂玫年P(guān)鍵物品，鎖具種類在不斷地發(fā)展與增多。為了保證鎖具的產(chǎn)品質(zhì)量，鎖具的耐用度試驗(yàn)是十分必要的。數(shù)量龐大的試驗(yàn)單獨(dú)依靠檢測(cè)員手工完成是不現(xiàn)實(shí)的，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的開(kāi)發(fā)，已經(jīng)研制成功了機(jī)械鎖具耐用試驗(yàn)臺(tái)。試驗(yàn)時(shí)，將機(jī)械鎖用特制夾具安裝在試驗(yàn)儀上，使用步進(jìn)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鎖體或鑰匙分別運(yùn)動(dòng)，模擬人使用鎖具的整個(gè)過(guò)程，測(cè)量其使用耐久性，從而達(dá)到檢測(cè)鎖具質(zhì)量?jī)?yōu)劣的目的[1]。

　　但是，這些原有鎖具耐久性試驗(yàn)臺(tái)具有很多缺點(diǎn)：機(jī)械部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，造價(jià)高；軟件部分響應(yīng)速度慢，要完成插拔、旋轉(zhuǎn)等鎖具動(dòng)作的一個(gè)工作循環(huán)平均需要30～50 s，對(duì)鑰匙插拔力和旋轉(zhuǎn)力的測(cè)量精度低，缺乏準(zhǔn)確有效的標(biāo)定方式，使系統(tǒng)得不到有效的保護(hù)。例如經(jīng)常出現(xiàn)鑰匙的位移和旋轉(zhuǎn)過(guò)大或不足，導(dǎo)致鑰匙和鎖芯損壞的現(xiàn)象[2]。市場(chǎng)需求一種功能多、效率高、性能可靠、價(jià)格低廉的替代產(chǎn)品。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　傳統(tǒng)的數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制裝置一般直接采用微機(jī)或單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制，外圍電路復(fù)雜，計(jì)算速度慢。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)控技術(shù)逐漸靈活開(kāi)放，在通用PC的擴(kuò)展槽中插入專用的運(yùn)動(dòng)控制卡，這樣不僅性能可以得到保證、軟件的通用性又強(qiáng)，而且系統(tǒng)的開(kāi)放性好，是目前比較可行的一種開(kāi)發(fā)方式[3]。

　　充分考慮到運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合行業(yè)檢測(cè)的實(shí)際需求，確立了以下的設(shè)計(jì)思想：該試驗(yàn)系統(tǒng)采用VC面向?qū)ο笳Z(yǔ)言進(jìn)行基于組件的模塊化開(kāi)發(fā)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17353-1998《摩托車和輕便摩托車轉(zhuǎn)向鎖止防盜裝置》及93/33/EEC指令中的相關(guān)要求，對(duì)鎖具的機(jī)械旋轉(zhuǎn)、插拔和電氣觸點(diǎn)進(jìn)行耐久性考核，同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件存儲(chǔ)和管理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)展現(xiàn)更直觀、功能更全面。

　　1.1 工作過(guò)程

　　鎖具耐久試驗(yàn)系統(tǒng)可以對(duì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的摩托車鎖具進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，本試驗(yàn)系統(tǒng)工作過(guò)程如圖1所示。依據(jù)良好的人機(jī)操作界面和相關(guān)提示，試驗(yàn)人員只要進(jìn)行簡(jiǎn)單培訓(xùn)就可單獨(dú)完成檢測(cè)工作，工作活動(dòng)如下。

　　（1）在系統(tǒng)試驗(yàn)主界面上設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)人員根據(jù)自己的需要和標(biāo)準(zhǔn)的要求，在試驗(yàn)主界面上設(shè)置被測(cè)機(jī)械防盜鎖生產(chǎn)企業(yè)、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)日期、待檢測(cè)鎖具的運(yùn)轉(zhuǎn)方式、運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)次數(shù)、鎖具型號(hào)等參數(shù)。各個(gè)參數(shù)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給予了參考設(shè)定，其中鎖具轉(zhuǎn)向方式參數(shù)提供了現(xiàn)在市面上基本的鎖具轉(zhuǎn)向形式，當(dāng)試驗(yàn)人員設(shè)定了不符合邏輯的轉(zhuǎn)向種類時(shí)，試驗(yàn)系統(tǒng)將彈出錯(cuò)誤提示。

　?。?）鎖芯和鑰匙固定。試驗(yàn)人員需要將鎖芯和鑰匙固定在鎖芯夾具機(jī)構(gòu)和鑰匙夾具機(jī)構(gòu)上，調(diào)整試驗(yàn)鎖芯和鑰匙的相對(duì)位置，確定基準(zhǔn)位置，使鑰匙能順利地進(jìn)行各個(gè)試驗(yàn)的動(dòng)作。

　?。?）利用系統(tǒng)進(jìn)行鎖具行程標(biāo)定。系統(tǒng)將提示試驗(yàn)人員對(duì)鑰匙的每個(gè)行程及旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行標(biāo)定，系統(tǒng)記錄當(dāng)前位置的平移及旋轉(zhuǎn)脈沖值。標(biāo)定完成后，系統(tǒng)自動(dòng)使鑰匙快速達(dá)到試驗(yàn)的初始基準(zhǔn)位置，開(kāi)始循環(huán)耐久試驗(yàn)。

　　1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的試驗(yàn)系統(tǒng)采用普通微機(jī)，系統(tǒng)的控制部分主要是利用匯編等低級(jí)語(yǔ)言通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制卡控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。其中，鎖具的基準(zhǔn)位置一般由光電開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)定，如果光電開(kāi)關(guān)未對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)位置，試驗(yàn)不能開(kāi)始。本文所研發(fā)的試驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用配置有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)和多個(gè)PCI插槽的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。通過(guò)PCI插槽使用數(shù)據(jù)采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡，其中數(shù)據(jù)采集卡對(duì)伺服電機(jī)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并且采集鎖具觸點(diǎn)電壓和檢測(cè)控制命令的控制按鈕信號(hào)，而運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)平移伺服電機(jī)和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。

　　軟件系統(tǒng)采用MVC三層結(jié)構(gòu)模式。

　　（1）數(shù)據(jù)層是信息化的基礎(chǔ)，主要利用SQL Server作為后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)存儲(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括每次試驗(yàn)的設(shè)定參數(shù)和通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)檢測(cè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。在這一層通過(guò)通信與數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成支持試驗(yàn)決策所需的原始信息和加工后的信息組合。

　?。?）控制層是根據(jù)具體各項(xiàng)試驗(yàn)工作需求，對(duì)信息經(jīng)過(guò)分析計(jì)算和歸納組合之后，生成管理和試驗(yàn)提示等各類成果。這部分主要由數(shù)據(jù)采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡的開(kāi)發(fā)包、VC 6.0開(kāi)發(fā)環(huán)境等工具開(kāi)發(fā)，構(gòu)建試驗(yàn)系統(tǒng)的框架及主要處理模塊。

　　（3）顯示層主要指客戶端界面程序，在數(shù)據(jù)層和控制層的支持下，綜合顯示各功能模塊的最后成果，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)工作的支持服務(wù)。

　　1.3 研究平臺(tái)選擇

　　本系統(tǒng)主要使用或結(jié)合以下3項(xiàng)工具開(kāi)發(fā)：

　?。?）VC 6.0。Microsoft Visual C++（簡(jiǎn)稱VC），微軟公司的C++開(kāi)發(fā)工具，C++是一種使用非常廣泛的電腦程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，接口和類庫(kù)非常豐富。

　　（2）SQL Server。Microsoft SQL Server是由美國(guó)微軟公司所推出的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案，其內(nèi)置語(yǔ)言是由美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）所定義的SQL語(yǔ)言，適用于中小企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，但是近年來(lái)它的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到大型、跨國(guó)企業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

　?。?）DMC 3400多軸運(yùn)動(dòng)控制卡等硬件及其功能庫(kù)函數(shù)。近年來(lái)，對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的速度和精度的要求愈來(lái)愈高，使得傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)難以取得滿意的控制效果，因此急需一種運(yùn)算速度快、可以滿足高精度運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)動(dòng)控制卡。隨著技術(shù)的成熟穩(wěn)定，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了種類繁多的運(yùn)動(dòng)控制卡，這些控制卡提供了二次開(kāi)發(fā)用的函數(shù)，在程序中直接調(diào)用所提供的函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的控制，使開(kāi)發(fā)軟件的重點(diǎn)從單純的功能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向如何使所設(shè)計(jì)的軟件具有更多的功能和良好的人機(jī)交互接口。本系統(tǒng)利用DMC3400多軸運(yùn)動(dòng)控制卡等硬件，根據(jù)板卡的功能庫(kù)函數(shù)，設(shè)計(jì)了可控制多軸的伺服電機(jī)、按照編程預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡及運(yùn)動(dòng)參數(shù)作定位運(yùn)動(dòng)的控制系統(tǒng)[4]。

　　1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)利用SQL Server作為后端數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)存儲(chǔ)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要包括4個(gè)表格：試驗(yàn)基本信息表、循環(huán)試驗(yàn)觸電電壓記錄表、故障報(bào)警記錄信息表和用戶表，關(guān)系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　1.5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)的軟件部分以Visual C++6.0為開(kāi)發(fā)工具，采用了面向?qū)ο蠛湍K化的思想進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要分為六大模塊：人機(jī)界面模塊、系統(tǒng)參數(shù)配置、參數(shù)設(shè)置模塊、鎖具行程標(biāo)定、試驗(yàn)運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)管理。各獨(dú)立功能一般都設(shè)計(jì)了相應(yīng)的函數(shù)，各模塊通過(guò)主框架程序相互協(xié)調(diào)控制，使所設(shè)計(jì)的軟件具有可重構(gòu)性、可擴(kuò)展性、可移植性和互操作性等特點(diǎn)，組成一個(gè)完整的試驗(yàn)系統(tǒng)。軟件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

　?。?）人機(jī)界面模塊主要用于實(shí)現(xiàn)用戶的輸入和系統(tǒng)的輸出。用戶的輸入包括用戶發(fā)出控制命令、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)等操作，而系統(tǒng)輸出包括當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。這些界面功能主要通過(guò)VC的用戶界面控件編程完成。

　?。?）系統(tǒng)參數(shù)配置模塊主要用于運(yùn)動(dòng)卡等硬件板卡的參數(shù)初始化、參數(shù)設(shè)置、資源釋放等。如果用戶對(duì)系統(tǒng)配置參數(shù)不滿意，可以通過(guò)界面程序手動(dòng)設(shè)置，并將形成配置文件user.ini，供當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載。

　?。?）參數(shù)設(shè)置模塊負(fù)責(zé)試驗(yàn)基本參數(shù)和鎖具進(jìn)程模式兩大部分的設(shè)定，各個(gè)參數(shù)均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)給予參考設(shè)定，例如轉(zhuǎn)向參數(shù)設(shè)置如圖5所示。當(dāng)試驗(yàn)人員設(shè)定了不符合邏輯的參數(shù)時(shí)，試驗(yàn)系統(tǒng)將顯示錯(cuò)誤提示信息。確認(rèn)設(shè)置這些參數(shù)信息后，這些信息大多以表格字段形式在數(shù)據(jù)庫(kù)軟件中進(jìn)行存儲(chǔ)。實(shí)現(xiàn)對(duì)這些字段的處理，可以利用ADO直接通過(guò)OLE DB Provider建立連接，也可以使用ODBC數(shù)據(jù)源。在本系統(tǒng)中主要使用的是后一種方法。ODBC（開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連）提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的API（應(yīng)用程序編程接口）方法來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，具有最大的獨(dú)立性和開(kāi)放性，而且這些API利用SQL來(lái)完成其大部分任務(wù)。

　?。?）鎖具行程標(biāo)定模塊用于將鎖具自動(dòng)或手動(dòng)運(yùn)行至某個(gè)位置，通過(guò)I/O檢測(cè)記錄各軸運(yùn)動(dòng)控制的脈沖，主要通過(guò)對(duì)DMC3400運(yùn)動(dòng)控制卡等硬件的功能庫(kù)函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)。因此鎖具運(yùn)行模塊由板卡初始化、水平運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)采集等幾個(gè)部分組成；同時(shí)設(shè)定一個(gè)監(jiān)聽(tīng)進(jìn)程，在板卡初始化后啟動(dòng)該進(jìn)程，定時(shí)掃描數(shù)據(jù)采集卡的位置標(biāo)定確認(rèn)按鈕信號(hào)。

　?。?）作為整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，試驗(yàn)運(yùn)行管理模塊負(fù)責(zé)按照設(shè)定次數(shù)循環(huán)向運(yùn)動(dòng)控制卡及其他執(zhí)行部件發(fā)送控制指令執(zhí)行耐久試驗(yàn)，實(shí)時(shí)跟蹤動(dòng)態(tài)并在主界面上顯示運(yùn)行狀態(tài)（位置、速度、I/O量等）及調(diào)整后的參數(shù)，并將相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)添加至數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　試驗(yàn)運(yùn)行管理模塊的實(shí)現(xiàn)與鎖具行程標(biāo)定模塊類似，但是為了防止在一定的循環(huán)次數(shù)后造成平移累計(jì)行程誤差，影響鑰匙的位置控制，需要不間斷地比較當(dāng)前位置并進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，每循環(huán)的運(yùn)行時(shí)間為30 s以上。另外，該模塊監(jiān)聽(tīng)進(jìn)程較復(fù)雜，定時(shí)掃描運(yùn)動(dòng)卡和數(shù)據(jù)采集卡的各相關(guān)輸入端口，實(shí)時(shí)跟蹤動(dòng)態(tài)顯示加工狀態(tài)。如果監(jiān)聽(tīng)到伺服報(bào)警、扭矩報(bào)警等故障信號(hào)時(shí)，用消息框提示報(bào)警信息，暫停試驗(yàn)進(jìn)程并記錄報(bào)警信息至數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中，為了處理一些突發(fā)情況，設(shè)置了暫停和急停功能。試驗(yàn)時(shí)用戶可以隨時(shí)按“試驗(yàn)暫?！辨I，試驗(yàn)鎖具將暫停在當(dāng)前位置；暫停后，用戶也可以按“繼續(xù)試驗(yàn)”按鈕恢復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)鎖具將返回初始基準(zhǔn)點(diǎn)重新開(kāi)始當(dāng)前的試驗(yàn)。試驗(yàn)主界面如圖6所示。

　?。?）數(shù)據(jù)管理模塊主要用于查詢和導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)中的試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)和故障報(bào)警記錄。這些數(shù)據(jù)也存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)表格中，所以處理方式與參數(shù)設(shè)置模塊類似，使用ODBC數(shù)據(jù)源技術(shù)。

2 結(jié)論

　　本試驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)在于技術(shù)指標(biāo)得到大幅度提高，如表1所示，特別是響應(yīng)速度快，完成鑰匙插拔、旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作的一個(gè)完整工作循環(huán)需要10～20 s，且在現(xiàn)有機(jī)械慣量下，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以更改，以保證檢測(cè)可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成。

　　另外，本系統(tǒng)采用模塊化軟件設(shè)計(jì)，以PC實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)界面、靈活的系統(tǒng)配置，提高了試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)速度和控制精度。與國(guó)內(nèi)同類設(shè)備技術(shù)指標(biāo)相比，該鎖具耐久試驗(yàn)臺(tái)的指標(biāo)均處于領(lǐng)先水平，并在設(shè)計(jì)思想上具有獨(dú)創(chuàng)性，設(shè)備操作的便捷性和適用性相對(duì)較好，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類設(shè)備的領(lǐng)先水平，且已交付無(wú)錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所1臺(tái)，使用良好，得到客戶好評(píng)。

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