動態稱重系統數據采集及分析

王衛軍　張科元

【摘 要】隨著各行業市場競爭激烈程度的不斷加劇及人們對各行業質量、精度要求等的不斷提升，傳統模式下的測量系統已難以滿足現代社會工業生產的實際需求，更科學準確及可靠的測量系統開發勢在必行，動態測量系統逐漸引起相關研究學者的關注和探析。與此同時，計算機網絡技術、傳感技術及控制技術等的不斷提升又在極大程度上促進了動態測量系統由傳統的單一稱重裝置向具備信息收集處理分析能力、自動化水平較高的綜合性完整系統方向發展，逐步成為小型智能、集成化與模塊化程度較高的整體系統，為滿足現代社會工業生產實際需求、大幅度提升動態測量系統稱重可靠性、安全性和準確性等，為計量領域動態稱重系統的快速發展奠定堅實的基礎。

【關鍵詞】動態稱重系統;數據采集;數據分析

中圖分類號： U495 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）15-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.042

0 引言

稱重技術在工業生產過程中有著非常廣泛的應用，而如何利用先進科學技術實現較高精度、較低成本及較快速度的動態稱重技術是計量領域有關專家學者不斷思考和研究的重要難題之一。在此背景下，本文從動態稱重系統的整體架構出發，在深入探究動態稱重系統硬件組成的基礎上探討了動態稱重系統的軟件組成，并進一步對動態稱重系統的數據采集及分析進行了一定的研究，旨在給我國動態稱重系統的進一步發展和應用范圍的不斷拓寬帶來更多的思考和啟迪。

動態稱重系統整體架構

動態稱重系統主要包括稱重臺面系統、稱重傳感器和硬件控制單元等重要部分。一般而言，動態稱重系統設計人員為最大程度降低稱重平臺的水平晃動給該系統測量結果帶來的不準確性，大多選擇拉桿限位等方式保證動態稱重平臺在水平方向上的位移盡可能地小，從而使整體稱重平臺的拉桿處于水平狀態，避免產生垂直方向的拉應力而影響動態稱重系統測量結果的準確性、科學性與可靠性。

1 動態稱重系統硬件系統

1.1 稱重板壓力傳感器

絕大部分情況下，稱重板壓力傳感器是動態稱重系統信息輸入的重要部分，是初始信息輸入至系統的關鍵，其所提供的初始信息在極大程度上直接關系著動態稱重系統后期決策的準確性與可靠性。在此過程中，稱重板壓力傳感器能夠將被測物重量轉化為設備所能識別的電壓信號，并做后續處理。因此，稱重板壓力傳感器質量的良好與否在極大程度上直接影響著整個動態稱重系統計量結果的準確性、可靠性和穩定性。

1.2 數據采集系統

數據采集系統主要由稱重系統、放大濾波電路、A/D轉換、數據通道和用于信息處理的計算機等重要部分組成，其結構示意圖如圖1所示。該系統能夠有效收集動態稱重系統稱重過程中所涉及到的速度、加速度、壓力等模擬量，并在此基礎上將相關數據信息轉化為數字信號，由計算機進行存儲、分析處理及數據輸出。一般而言，數據采集系統主要有以下三個方面的重要作用：首先，數據采集系統的放大電路能夠將前端稱重平臺所傳遞過來的各種微弱信號放大;接下來，A/D轉換單元將放大后的信號轉化為數字信號，并通過數據通道傳遞給終端計算機，為后期數據的處理優化和信息決策等打下堅實的基礎;最后，濾波電路還能將工業生產過程中及稱重系統本身產生的噪音等進行弱化，為動態稱重系統測量數據信息的準確性和可靠性做鋪墊。

1.3 計算機系統

計算機系統主要對離散的電壓信號進行數據處理，通過算法優化得出符合動態稱重系統要求的重量數據，并輸出。此外，計算機系統還能對動態稱重系統的現場進行監控，并在需要時對監控的場景圖像數據進行采集、分析和處理，為更好地完成動態稱重系統的數據傳輸做出貢獻。

1.4 顯示、打印系統

顯示器系統主要顯示兩類數據，一是工業生產過程中重量值、速度值等信息，二是動態稱重系統實際工作過程中相關的重量值等數據，為動態稱重系統的行政管理人員操作和管理數據信息提供一定的便利，更為該動態系統數據信息的實時傳遞打下堅實的基礎。打印機則是將顯示器系統中的重要或所需數據信息以發票或報表的形式打印出來，為動態稱重系統行政管理部門的有紙化數據庫管理提供相應的數據文件。

1.5 動態稱重系統輔助硬件設備

通常情況下，動態稱重系統的輔助硬件設備還包括動態稱重引導裝置、視頻監控系統及報警系統等重要組成部分。就視頻監控系統而言，該系統主要由云臺、攝像頭及固定裝置等所組成。攝像頭能夠對實際工業生產過程中所需稱重產品的稱重畫面進行一定的抓拍和攝像，對所稱重產品進行實時跟蹤的同時將產品的實際稱重數據信息等進行科學記錄，為動態稱重系統相關部門的定期或不定期檢查做準備。

2 動態稱重系統軟件系統

2.1 數據采集軟件程序設計

一般而言，動態稱重系統的數據采集過程就是將稱重傳感器上所獲得的模擬信號經過采樣、編碼及量化過程獲得動態稱重系統所需的離散數據信號值，進而對其進行數據處理和分析，其工作流程如圖2所示，軟件啟動A/D轉換后讀取其實際狀態，在獲取其轉換結果的基礎上評判結果值是否小于一定閾值，當該結果值及前一值皆小于閾值時完成數據采集的全體流程。

2.2 數據預處理模塊

眾所周知，動態測量稱重系統在采集相關數據信息時，不可避免地會由于周圍環境、設備及偶然誤差等因素，使得所采集到的數據信息在一定程度上偏離真實值，如何在保證采集數據真實性和有效性的基礎上，利用1科學手段排除各類干擾成為動態稱重系統數據預處理模塊的重要工作內容。同時，數據預處理模塊還能對動態稱重系統后續步驟中的復雜數據進行前期相關處理，以數字濾波方式加強后續數據分析的便捷度。

2.3 顯示程序設計

顯示程序是動態稱重系統軟件的重要組成部分，它能夠借助其子程序對處理后的相關數據信息進行一定的數制轉換，并根據轉化數據調用相應的段碼發送至計算機終端以顯示相應結果。圖3即為顯示程序設計流程圖，程序在對接受信息進行數制轉換后按位存入合適位置單元，在查看段碼表的基礎上完成動態稱量系統的延時調用，實現稱重系統的顯示功能。

2.4 通信程序模塊

通信程序模塊作為動態稱量系統軟件系統的重要組成部分，主要是為了完成與上位機的通信。一般而言，該模塊在完成串行口的初始化過程后便設置相應的波特率數據格式，在調整好數據格式的基礎上將數據信息發送到計算機終端。若數據發送完成則返回，在數據發送失敗的情況下重復發送數據步驟。圖4即為通信程序模塊的流程示意圖。

2.5 上位機的軟件設計

通常情況下，動態稱重系統中的單片機，不能為用戶提供良好的交互界面，更不能科學有效地管理信息統計部分。因此，現階段的動態稱重系統大多利用單片機完成對該數據系統底層數據的收集和控制等，而進一步借助上位機完成動態稱重系統頂層數據信息的監控和管理，以最大程度上提升動態稱重系統數據信息的處理分析能力。

3 動態稱重系統數據采集與處理

就動態稱重系統的數據處理而言，有關工作人員可在全面了解動態稱重系統數據信息和整體架構的基礎上，利用BP神經網絡對動態稱重系統進行非線性建模，借助多因素協調控制的方式最大程度上提升整個動態稱重系統數據檢測的準確性和數據分析結果的科學性。BP神經網絡建模以并行技術為重要指導思想，將影響動態稱重系統結果精度的一系列主導因素作為訓練樣本，充分利用系統實時監管及獲取的數據信息建立模型，通過數值的輸入求得對應的輸出，為系統數據的分析等奠定基礎。

4 結論

隨著現代社會計算機網絡技術、傳感器技術和通信技術等的進一步發展及先進控制理論等在動態稱重系統中的深入應用，諸如神經網絡、模糊控制、最優化算法等智能控制理論在動態稱重系統中應用的不斷加深，極大程度上提升了動態稱重系統稱量結果的準確性、可靠性和快速性，為我國的工業生產做出了巨大的貢獻。

【參考文獻】

[1]黃旭偉，胡敏.車載動態稱重系統分析與設計[J].信息技術，2014（4）：150-152.

[2]潘若禹.基于DSP的動態稱重系統設計[J].電子技術應用，2010（13）：183-186.

[3]賈海慶，辛星，高雪池，等.動態稱重系統數據采集及分析[J].公路交通科技，2010（6）：138-142.