超聲波洗滌裝置介紹
超聲波是頻率大于20kHz以上的聲波，是一種機(jī)械振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播過(guò)程。超聲波對(duì)浸入液體中的物體表面的清洗作用主要是通過(guò)超聲波的“空化作用”來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)超聲波強(qiáng)度超過(guò)某一空化閥值時(shí)，在液體中產(chǎn)生空化現(xiàn)象，即液體中微小的泡核在超聲作用下被激活，它表現(xiàn)為泡核的振蕩、生長(zhǎng)、收縮及崩潰等一系列動(dòng)力學(xué)過(guò)程?？栈萁^熱收縮及崩潰的瞬間，產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊波，使細(xì)菌或病毒喪失毒力，甚至?xí)辜?xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)破裂和溶解，從而起到殺菌作用。通過(guò)考慮及對(duì)比我們選用頻率為40kHz，清洗介質(zhì)為不銹鋼SUS304（可以避免酸化），且其功率為35W的超聲波發(fā)生器。過(guò)濾裝置：過(guò)濾裝置主要由自制污水過(guò)濾器、小型水泵組成，小型水泵設(shè)置進(jìn)水口和出水口，負(fù)責(zé)將洗滌后污水送入過(guò)濾器。過(guò)濾器采用活性炭為原料，利用其細(xì)微顆粒對(duì)大分子的吸附能力實(shí)現(xiàn)對(duì)洗滌后污水的過(guò)濾，過(guò)濾后的潔凈水通過(guò)水泵再送入超聲波洗滌裝置，以實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的目的。污水循環(huán)處理，考慮到超聲波的內(nèi)膽尺寸，采用380直流微型隔膜泵，內(nèi)膽盛水體積為600ml，而此泵的流量為2~3L/min，故讓整個(gè)容器內(nèi)的水循環(huán)一次只需要12~18s的時(shí)間，可以充分滿足要求。
1 內(nèi)存分配
本文使用Linuxslab分配器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存分配。Linuxslab分配器是一種高效的內(nèi)存分配器，從時(shí)間空間兩個(gè)方面都具有非常優(yōu)越的表現(xiàn)。相比較傳統(tǒng)內(nèi)存管理方式而言，slab緩存分配器的內(nèi)核更關(guān)注小對(duì)象的分配，在系統(tǒng)整個(gè)生命周期中可以實(shí)現(xiàn)無(wú)數(shù)次分配，從而很好地處理了分配過(guò)程中可能出現(xiàn)的碎片；該分配器還可以對(duì)通用對(duì)象進(jìn)行初始化，以免出現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)同一目的反復(fù)初始化同一對(duì)象的情況；它還允許不同緩存中的對(duì)象占用同一緩存行，以進(jìn)一步提高緩存利用率，從而提高系統(tǒng)性能。從特定緩存中分配或者釋放出來(lái)的基本單元組成了一個(gè)個(gè)連續(xù)內(nèi)存塊，也就是slab列表中的單個(gè)slab，同時(shí)這些單個(gè)的slab可以在slab列表中移動(dòng)。
2 數(shù)據(jù)采集
對(duì)于傳感器驅(qū)動(dòng)程序而言，數(shù)據(jù)的采集有中斷和輪詢(xún)兩種方式。中斷數(shù)據(jù)采集方式是通過(guò)中斷引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一旦傳感器的狀態(tài)發(fā)生改變，則立即觸發(fā)中斷，通過(guò)調(diào)用中斷處理函數(shù)，來(lái)采集數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)。輪詢(xún)數(shù)據(jù)采集方式與傳感器狀態(tài)是否發(fā)生改變沒(méi)有直接聯(lián)系，該方式是對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行持續(xù)不斷地讀取。因?yàn)橹悄苁謾C(jī)中的傳感器在性能上都比較優(yōu)越，反應(yīng)十分靈敏，換句話說(shuō)傳感器的狀態(tài)時(shí)刻都在發(fā)生著改變，所以必須對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)置延時(shí)信號(hào)，以避免出現(xiàn)死機(jī)情況，這里就需要介紹工作隊(duì)列的概念。在系統(tǒng)內(nèi)核2.5時(shí)代，就已經(jīng)出現(xiàn)了工作隊(duì)列這一定義，它是為了實(shí)現(xiàn)工作延后執(zhí)行所提出的。工作列隊(duì)的具體工作方式既相似于tasklets有區(qū)別于tasklets。相似之處就是兩種工作方式都允許通過(guò)內(nèi)核代碼來(lái)請(qǐng)求在指定時(shí)間所需調(diào)用的函數(shù)。區(qū)別就在于二者的執(zhí)行周期、執(zhí)行速度以及所處的狀態(tài)。相比較而言，tasklets的執(zhí)行周期較短，執(zhí)行速度較快，并且需要處于原子態(tài)。而工作隊(duì)列就沒(méi)有狀態(tài)的限制，并且執(zhí)行周期相對(duì)較長(zhǎng)。此外，工作隊(duì)列最具有優(yōu)勢(shì)的地方在于，它可以執(zhí)行休眠操作，以使得內(nèi)核代碼可以延后一定的時(shí)間間隔再請(qǐng)求工作隊(duì)列。具體工作隊(duì)列中的任務(wù)是處于結(jié)構(gòu)體workqueue_struct中的，通過(guò)work_struct結(jié)構(gòu)體來(lái)描述具體任務(wù)，以此支出哪些任務(wù)需要執(zhí)行延遲操作，調(diào)用哪個(gè)延遲函數(shù)。
3 數(shù)據(jù)傳輸
驅(qū)動(dòng)程序所采集到的數(shù)據(jù)存放于內(nèi)核空間當(dāng)中，要想將內(nèi)核空間中采集到的傳感器數(shù)據(jù)傳輸至硬件抽象層所處的用戶空間，必須通過(guò)一些技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。這里可以利用函數(shù)copy_to_user以及copy_from_user，將設(shè)備看做字符設(shè)備。也可以利用input子系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)。本文所使用的就是input子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Linux 的input子系統(tǒng)為如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或者觸摸屏等輸入設(shè)備提供了全面的驅(qū)動(dòng)框架，內(nèi)核所提供的API是固定的，并且與硬件沒(méi)有直接聯(lián)系。Input子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為輸入子系統(tǒng)核心層、驅(qū)動(dòng)層以及事件處理層三大塊。當(dāng)輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，傳輸路徑是從底層的硬件開(kāi)始，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)傳輸至核心層，再?gòu)暮诵膶觽鬏斨潦录幚韺?，最終是通過(guò)事件處理層輸送至用戶空間的。相同，數(shù)據(jù)的返回路徑就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)南喾捶较颉?/span>
4 休眠設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)的采集過(guò)程不管是通過(guò)中斷模式還是輪詢(xún)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，傳感器均是處于工作狀態(tài)，這樣勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功耗增大，所以休眠設(shè)計(jì)對(duì)于傳感器的正常穩(wěn)定工作而言非常重要。Android系統(tǒng)所兼容的是標(biāo)準(zhǔn)Linux休眠喚醒系統(tǒng)。在該標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)中，休眠過(guò)程共包括三個(gè)步驟：第一，暫停用戶態(tài)進(jìn)程以及內(nèi)核態(tài)任務(wù)；第二，按照驅(qū)動(dòng)加載時(shí)的注冊(cè)順序，來(lái)調(diào)用注冊(cè)的suspend回調(diào)函數(shù)；第三，將核心設(shè)備以及CPU調(diào)整至休眠狀態(tài)，暫停相關(guān)操作進(jìn)程。
5結(jié)語(yǔ)
超聲波清洗技術(shù)是一項(xiàng)比較有效的清洗方法，但在有些方面人需要進(jìn)一步提高和改善。隨著家庭生活條件的不斷好轉(zhuǎn)，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，但抹布的實(shí)用需求仍是不可替代，所以多功能超聲波清洗裝置是家庭生活中不可或缺的產(chǎn)品。超聲波清洗機(jī)成本低，使用方便，無(wú)污染，節(jié)約能源等特點(diǎn)，不僅適用于抹布的清洗，還可以適用于鞋子、襪子、鞋墊等需要?dú)⒕幚砦锲返那逑矗_(dá)到健康的生活標(biāo)準(zhǔn)，而且操作簡(jiǎn)單、方便，適于推廣普及，改產(chǎn)品具有多功能，較同類(lèi)產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的市場(chǎng)前景。
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