基于物聯網技術的民用秤檢定系統設計與實現＊

張掖市質量檢驗檢測研究院 鄔曉燕 邊英梅 朱志斌

針對傳統民用秤檢定過程中數據記錄流程繁瑣、檢定數據是否真實等問題，本文利用物聯網技術設計并實現了一款民用秤檢定系統，該系統通過檢定側、服務側、管理側的軟硬件設計實現了檢定流程的在線控制及檢定數據的真實性核驗等功能。系統在檢定側使用QT 語言進行移動端程序設計使用的檢定側程序具有一定的跨平臺性，同時系統設計時還預留了后期增加其他檢定項目的接口，增加了系統的可擴展性。該系統的設計與實現是“互聯網＋產業計量”的一種經典應用，對進一步探索“互聯網＋產業計量”有一定的實際意義。

目前，在民用秤檢定工作中利用物聯網技術來實現無線遠程檢定的系統現階段還未實現。本文提出了一種基于物聯網技術的無線遠程民用秤檢定系統設計并進行了初步實現。

1 系統組成及工作流程

1.1 系統組成

基于物聯網技術的民用秤檢定系統設計框圖如圖1所示，系統主要有檢定側、服務側和管理側三部分組成。

圖1 系統結構圖Fig.1 System structure diagram

（1）檢定側主要完成如下3 個功能：1）民用秤檢定相關的原始數據錄入和關鍵數據圖像采集功能；2）對檢定地點進行時空定位，從時空側保證了數據的真實性；3）檢定證書的在線打印功能，使被檢單位可以快速地拿到檢定證書。

（2）服務側主要完成檢定側上傳來的數據及圖像的接收、保存和分析，同時還實現了證書的在線生成功能。

（3）管理側主要完成檢定員、核驗員、批準人用戶的維護，檢定數據的真實性檢查，檢定數據的統計分析，大屏幕數據統計分析顯示。

1.2 工作流程

（1）檢定員通過移動端將檢定過程中產生的數據及采集的圖像提交至服務器。

（2）服務器端相應程序將檢定數據及圖像進行保存并將數據及圖像投送給核驗員。

（3）核驗員通過查看需要核驗的數據確定是否通過，若通過則將初步生成證書并將信息推送至批準人，若不通過則將數據返回給檢定員，檢定員可以通過續檢功能來進行數據的修改并再次提交。

（4）批準人接收到推送來的信息后可以進行初步證書的審核和原始檢定數據的審核，若通過則生成正式的PDF 電子版證書，并將生成證書信息推送至檢定員和核驗員，若審核不通過則將數據返回給檢定員，并將核驗員已核驗數據刪除，檢定員可以通過續檢功能來進行數據的修改并再次提交。

（5）對于管理側的管理員可以隨時通過后臺管理程序登錄系統查看各檢定項目的進度，人員的位置，并進行數據的統計分析。

（6）對于管理側的大屏幕可實時顯示當前在線的檢定員的位置、工作狀態等，并在界面上實時顯示與檢定相關的統計數據，如已檢設備數、在線人員數、檢驗合格率等。

2 系統實現

2.1 系統通信協議設計

在整個系統實現中檢定側與服務側進行通信使用了自定義通信協議，以下簡稱為協議1，協議1 是一個類JSON 的自定義協議，數據格式如下：

[|dataName:dataValue|dataName:dataValue|dataNa me:dataValue|dataName:dataValue|]

數據項：|dataName:dataValue|，其中dataName 為數據名，dataValue 為數據名對應的數據值。其中數據值部分為無類型數據，并支持有限的轉義字符，即數據值可以為協議1 格式的數據字符串。協議1 所用主要標志如表1 所示。

表1 自定義協議標志一覽表Tab.1 List of custom agreement marks

在本協議中可通過轉義字符的處理實現協議的嵌套，即數據值的部分可以是另一個協議1 組成的字符串。

2.2 系統數據庫設計

在系統設計中考慮到訪問的實時性、數據的安全性等多方面的原因。整個系統有8 種數據表組成，下面分別做以說明：

2.2.1 用戶數據表

該表的主要功能是實現用戶的管理，主要管理用戶名、密碼、用戶登錄、用戶權限、用戶當前位置等，該數據表主要的字段有：

uid（用戶唯一編號）、username（登陸用用戶名）、pwd（登陸用密碼）、phone（電話號碼）、status（登錄狀態）、power（權限）、rname（真實姓名）、job_number（工號）、ename（電子簽名）、x（經度）、y（緯度）、d（日期）、t（時間）。

2.2.2 用戶狀態數據表

該表的主要功能是實現用戶上線后在檢定過程中發生關鍵檢定動作的時空數據保存。主要的字段有：uid（用戶唯一編號）、spwd（登陸用密碼）、status（狀態）、x（經度）、y（緯度）、d（日期）、t（時間）。

2.2.3 檢定記錄數據表

該表的主要功能是檢定設備在檢定過程中檢定關鍵點時空信息的存儲、檢定原始數據的保存等，其主要的字段有：id（設備id）、image（設備圖片）、dx（檢定地點經度）、dy（檢定地點緯度）、dd（檢定日期）、dt（檢定時間）、cx（核驗地點經度）、cy（核驗地點緯度）、cd（核驗日期）、ct（核驗時間）、step（檢定步驟）、status（檢定狀態）、d_uid（檢定人員uid）、c_uid（核驗人員uid）、certificateNo（檢定證書編號）、raw_data（檢定原始數據）。

2.2.4 用戶檢定數據表設計

該表主要針對檢定員設計的，主要用于保存檢定員檢定設備的相關信息，主要信息如時間、定位、檢定狀態等。該表的主要字段有：id（設備id）、image（設備圖片）、company（檢定單位名稱）、c_uid（檢驗人員uid）、x（經度）、y（緯度）、d（日期）、t（時間）、status（檢定狀態）、step（檢定步驟）等。

2.2.5 用戶核驗數據表

該表主要針對核驗員和批準人設計的，主要用于保存核驗員和批準人要核驗或批準設備的相關信息，主要信息如時間、定位、檢定狀態等。該表的主要字段有：id（設備id）、image（設備圖像）、company（被檢單位）、d_uid（檢定員uid）、x（經度）、y（緯度）、d（日期）、t（時間）、status（檢定狀態）。

2.2.6 用戶登錄日志數據表

該表主要針對用戶登錄、退出等動作的時空信息的保存。該表的主要字段有：uid（用戶id）、action（用戶動作）、x（經度）、y（緯度）、d（日期）、t（時間）等。

2.2.7 檢定項目模板數據表

該表主要用于存放在檢定過程中的參數名稱、參數標簽、參數類型、參數相關說明等，表中主要的字段有：idx（參數序號）、paraName（參數名）、paraLabel（參數標簽）、type（參數類型）、illustration（參數說明）、tableIdx（參數所屬表序號）、tableName（參數所屬表名稱）等。

2.2.8 鑒定證書數據表

該表主要用于管理被檢設備的證書編號，主要設計的字段有：id（設備id）、certificateNo（證書編號）、path（PDF 證書存放路徑）、md5（PDF 證書md5 碼）用于驗證證書的真偽[1]。

2.3 系統軟件設計

程序設計主要有兩部分組成，一是檢定側程序設計；二是服務側程序設計。

檢定側程序設計主要是移動端的App 程序設計，考慮到各檢定人員的手機系統并不統一，可能有Android、iOS、HarmonyOS 等系統，所以在移動端進行程序設計時需要使用跨平臺的程序設計技術，在本系統設計中選用了QT 語言作為跨平臺編程語言，該語言通過一次開發在不同平臺上多次編譯的方式實現了跨平臺的程序設計。本系統現已實現了Android、iOS、HarmonyOS 及Windows、Linux 等多個平臺的程序編寫及運行。App主要實現的功能如圖2 所示[2]。

圖2 移動端程序功能框圖Fig.2 Program function block diagram of mobile terminal

服務側程序分為兩部分：（1）針對檢定側的數據及圖像采集程序；（2）針對管理側的數據管理及分析程序。后端程序設計語言主要使用了PHP 和SQL 等語言，前端程序設計語言主要采用HTML、JavaScript 等。

檢定側數據及圖像采集程序主要完成功能如圖3 所示。

圖3 檢定側數據及圖像采集程序功能框圖Fig.3 Functional block diagram of data and image acquisition program at verification side

管理側數據管理及分析程序主要完成功能如圖4 所示[3]。

圖4 管理側數據管理及分析程序功能框圖Fig.4 Functional block diagram of data management and analysis program on management side

3 系統設計中主要解決的幾個關鍵問題

3.1 檢定流程的實現

對于整個檢定流程利用了設備檢定狀態的方法來實現整個流程的控制，對于一臺設備的檢定狀態在系統中設置為A、B、C、D、E、F 6 個狀態。下面分別對這6個狀態作以說明：

A 狀態是檢定員未將設備檢定完狀態；

B 狀態是檢定員將設備檢定數據全部錄入保存但未提交狀態；

C 狀態是檢定員將數據提交至核驗員但核驗員未核驗狀態；

D 狀態是核驗員核驗合格提交至批準人而批準人未批準狀態；

E 狀態是批準人已批準狀態；

F 狀態是批準人或核驗員發現數據不合格返回檢定員狀態。

通過以上6 個狀態的控制可以有效地實現本系統的檢定流程。

3.2 數據的可信度

為了加強檢定數據的可信性，在系統中通過時空定位和圖像采集的方式增強了原始數據的可信度，并通過兩級原始數據及關鍵數據圖像的查驗機制保證了數據的可信度。在移動端App 中使用了自動計算功能有效防止了人工計算時出現的數據計算錯誤[4]。

3.3 系統的可擴充性

本系統在設計之初就考慮到了其他檢定項目的可擴充性，在數據庫設計、移動端程序設計、管理側程序設計方面都進行了擴充性設計，即今后可方便地將其他檢定項目接入到本系統中來。在系統可擴充方面主要實現了如下幾項技術：

（1）實現了檢定項目數據錄入的模板可制定；

（2）移動端檢定數據錄入及圖像采集界面會根據檢定項目的數據模板動態改變數據輸入項目；

（3）原始數據存儲使用了協議1 來進行數據存儲。使各類不同項目的數據可以使用統一檢定記錄數據表結構；

（4）系統中采用了檢定證書模板可制定模式，保證了其他檢定項目證書的有效生成[5]。

3.4 系統的安全性

（1）在網絡通信方面均使用了POST 方式進行通信，同時還使用了自定義通信協議，加強了通信的安全性;

（2）使用了PDF 證書md5 碼驗證機制，提高了電子證書的安全性[6]。

4 結語

本文設計并實現了一款基于物聯網技術的民用秤檢定系統。該系統是“互聯網＋產業計量”的經典應用。它克服了人工檢定民用秤的諸多問題，同時還實現了移動端數據錄入、數據分析、大數據展示、電子證書生成與發放等多項功能，這是未來諸多檢定系統發展的必然趨勢。

引用

[1] 彭其華.基于互聯網的遠程計量數據采集[J].數字技術與應用,2010(10):16-17.

[2] 吳九牛,高宇海.基于LabVIEW的大尺寸量塊檢定系統的設計與實現[J].計量技術,2018(7):60-62.

[3] 黃萬明,張明婷.基于“計量+互聯網”建立計量智慧客戶云系統[J].計量與測試技術,2020,47(1):25-28.

[4] 褚堅玲,張莉蓉.運用“互聯網+”實現對集貿市場計量的“精準”監管[J].中國計量,2018(5):18-19.

[5] 吳昌永,陳敏雪.“互聯網+”計量移動App的應用創新與實踐[J].中國計量,2017(7):9-10.

[6] 吳宏杰.淺談在互聯網環境中的計量信息安全[J].工業計量,2012,22(S1):251-252.