动态称重系统数据采集及分析

王卫军　张科元

【摘 要】随着各行业市场竞争激烈程度的不断加剧及人们对各行业质量、精度要求等的不断提升，传统模式下的测量系统已难以满足现代社会工业生产的实际需求，更科学准确及可靠的测量系统开发势在必行，动态测量系统逐渐引起相关研究学者的关注和探析。与此同时，计算机网络技术、传感技术及控制技术等的不断提升又在极大程度上促进了动态测量系统由传统的单一称重装置向具备信息收集处理分析能力、自动化水平较高的综合性完整系统方向发展，逐步成为小型智能、集成化与模块化程度较高的整体系统，为满足现代社会工业生产实际需求、大幅度提升动态测量系统称重可靠性、安全性和准确性等，为计量领域动态称重系统的快速发展奠定坚实的基础。

【关键词】动态称重系统;数据采集;数据分析

中图分类号： U495 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）15-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.042

0 引言

称重技术在工业生产过程中有着非常广泛的应用，而如何利用先进科学技术实现较高精度、较低成本及较快速度的动态称重技术是计量领域有关专家学者不断思考和研究的重要难题之一。在此背景下，本文从动态称重系统的整体架构出发，在深入探究动态称重系统硬件组成的基础上探讨了动态称重系统的软件组成，并进一步对动态称重系统的数据采集及分析进行了一定的研究，旨在给我国动态称重系统的进一步发展和应用范围的不断拓宽带来更多的思考和启迪。

动态称重系统整体架构

动态称重系统主要包括称重台面系统、称重传感器和硬件控制单元等重要部分。一般而言，动态称重系统设计人员为最大程度降低称重平台的水平晃动给该系统测量结果带来的不准确性，大多选择拉杆限位等方式保证动态称重平台在水平方向上的位移尽可能地小，从而使整体称重平台的拉杆处于水平状态，避免产生垂直方向的拉应力而影响动态称重系统测量结果的准确性、科学性与可靠性。

1 动态称重系统硬件系统

1.1 称重板压力传感器

绝大部分情况下，称重板压力传感器是动态称重系统信息输入的重要部分，是初始信息输入至系统的关键，其所提供的初始信息在极大程度上直接关系着动态称重系统后期决策的准确性与可靠性。在此过程中，稱重板压力传感器能够将被测物重量转化为设备所能识别的电压信号，并做后续处理。因此，称重板压力传感器质量的良好与否在极大程度上直接影响着整个动态称重系统计量结果的准确性、可靠性和稳定性。

1.2 数据采集系统

数据采集系统主要由称重系统、放大滤波电路、A/D转换、数据通道和用于信息处理的计算机等重要部分组成，其结构示意图如图1所示。该系统能够有效收集动态称重系统称重过程中所涉及到的速度、加速度、压力等模拟量，并在此基础上将相关数据信息转化为数字信号，由计算机进行存储、分析处理及数据输出。一般而言，数据采集系统主要有以下三个方面的重要作用：首先，数据采集系统的放大电路能够将前端称重平台所传递过来的各种微弱信号放大;接下来，A/D转换单元将放大后的信号转化为数字信号，并通过数据通道传递给终端计算机，为后期数据的处理优化和信息决策等打下坚实的基础;最后，滤波电路还能将工业生产过程中及称重系统本身产生的噪音等进行弱化，为动态称重系统测量数据信息的准确性和可靠性做铺垫。

1.3 计算机系统

计算机系统主要对离散的电压信号进行数据处理，通过算法优化得出符合动态称重系统要求的重量数据，并输出。此外，计算机系统还能对动态称重系统的现场进行监控，并在需要时对监控的场景图像数据进行采集、分析和处理，为更好地完成动态称重系统的数据传输做出贡献。

1.4 显示、打印系统

显示器系统主要显示两类数据，一是工业生产过程中重量值、速度值等信息，二是动态称重系统实际工作过程中相关的重量值等数据，为动态称重系统的行政管理人员操作和管理数据信息提供一定的便利，更为该动态系统数据信息的实时传递打下坚实的基础。打印机则是将显示器系统中的重要或所需数据信息以发票或报表的形式打印出来，为动态称重系统行政管理部门的有纸化数据库管理提供相应的数据文件。

1.5 动态称重系统辅助硬件设备

通常情况下，动态称重系统的辅助硬件设备还包括动态称重引导装置、视频监控系统及报警系统等重要组成部分。就视频监控系统而言，该系统主要由云台、摄像头及固定装置等所组成。摄像头能够对实际工业生产过程中所需称重产品的称重画面进行一定的抓拍和摄像，对所称重产品进行实时跟踪的同时将产品的实际称重数据信息等进行科学记录，为动态称重系统相关部门的定期或不定期检查做准备。

2 动态称重系统软件系统

2.1 数据采集软件程序设计

一般而言，动态称重系统的数据采集过程就是将称重传感器上所获得的模拟信号经过采样、编码及量化过程获得动态称重系统所需的离散数据信号值，进而对其进行数据处理和分析，其工作流程如图2所示，软件启动A/D转换后读取其实际状态，在获取其转换结果的基础上评判结果值是否小于一定阈值，当该结果值及前一值皆小于阈值时完成数据采集的全体流程。

2.2 数据预处理模块

众所周知，动态测量称重系统在采集相关数据信息时，不可避免地会由于周围环境、设备及偶然误差等因素，使得所采集到的数据信息在一定程度上偏离真实值，如何在保证采集数据真实性和有效性的基础上，利用1科学手段排除各类干扰成为动态称重系统数据预处理模块的重要工作内容。同时，数据预处理模块还能对动态称重系统后续步骤中的复杂数据进行前期相关处理，以数字滤波方式加强后续数据分析的便捷度。

2.3 显示程序设计

显示程序是动态称重系统软件的重要组成部分，它能够借助其子程序对处理后的相关数据信息进行一定的数制转换，并根据转化数据调用相应的段码发送至计算机终端以显示相应结果。图3即为显示程序设计流程图，程序在对接受信息进行数制转换后按位存入合适位置单元，在查看段码表的基础上完成动态称量系统的延时调用，实现称重系统的显示功能。

2.4 通信程序模块

通信程序模块作为动态称量系统软件系统的重要组成部分，主要是为了完成与上位机的通信。一般而言，该模块在完成串行口的初始化过程后便设置相应的波特率数据格式，在调整好数据格式的基础上将数据信息发送到计算机终端。若数据发送完成则返回，在数据发送失败的情况下重复发送数据步骤。图4即为通信程序模块的流程示意图。

2.5 上位机的软件设计

通常情况下，动态称重系统中的单片机，不能为用户提供良好的交互界面，更不能科学有效地管理信息统计部分。因此，现阶段的动态称重系统大多利用单片机完成对该数据系统底层数据的收集和控制等，而进一步借助上位机完成动态称重系统顶层数据信息的监控和管理，以最大程度上提升动态称重系统数据信息的处理分析能力。

3 动态称重系统数据采集与处理

就动态称重系统的数据处理而言，有关工作人员可在全面了解动态称重系统数据信息和整体架构的基础上，利用BP神经网络对动态称重系统进行非线性建模，借助多因素协调控制的方式最大程度上提升整个动态称重系统数据检测的准确性和数据分析结果的科学性。BP神经网络建模以并行技术为重要指导思想，将影响动态称重系统结果精度的一系列主导因素作为训练样本，充分利用系统实时监管及获取的数据信息建立模型，通过数值的输入求得对应的输出，为系统数据的分析等奠定基础。

4 结论

随着现代社会计算机网络技术、传感器技术和通信技术等的进一步发展及先进控制理论等在动态称重系统中的深入应用，诸如神经网络、模糊控制、最优化算法等智能控制理論在动态称重系统中应用的不断加深，极大程度上提升了动态称重系统称量结果的准确性、可靠性和快速性，为我国的工业生产做出了巨大的贡献。

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