基于ARM精确实时获取活禽交易信息的智能电子秤设计

唐荣芳

（广西工业职业技术学院，广西贵港，537100）

0 引言

随着人们基本生活需求的不断提高，对于饮食的要求也呈现出多样化的发展趋势[1]。禽类作为一种饮食结构中普遍存在的类型，其交易量极为庞大[2]。且与其他农作物类的交易相比，为了确保质量，一般是以活禽交易的方式进行的，因此在称重计量阶段，难度相对较大。为此，本文借助ARM处理器的优势，提出基于ARM精确实时获取活禽交易信息的智能电子秤设计研究，并开展了实验测试分析了设计电子秤的实际应用效果。通过本文的研究，也希望可以为市场活禽交易提供帮助。

1 硬件设计

1.1 硬件装置基本结构

ARM精确实时获取活禽交易信息的智能电子秤硬件设计，主要由ARM处理器、称重传感装置、数据实时传输装置组成。ARM处理器主要用于中控系统与RISC处理器之间的数据存取，具有稳定中控系统运行和提高操作能力的作用。称重传感装置用于获取活禽交易信息，可以有效避免误差数据信息，确保称量结果的精确度，为智能电子秤实际应用提供保障。数据实时传输装置用于传递称量数据信息，将采集到的活禽交易信息数据实时传输到计算机，能够提高信息数据采集、存取效率。智能电子秤硬件装置基本结构，如图1所示。

图1 硬件装置基本结构

1.2 ARM处理器

为了确保设计的电子秤可以实现对活禽交易数据的实时获取，本文采用ARM公司生产的作为电子秤的处理器，其携带了ARM的原装正版开发工具，编译环境和嵌入式实时操作系统使得用户可根据自身的需求，实现从Armv4.0至Armv8.0的CoreSight跟踪[5]。在远程控制方面，借助3.0USB和千兆以太网的支持，指令代码的最快传播速度为12.0MB，同时自带JTAG时钟，效率为120MHz，可以满足电子秤的软件开发需求[6～7]。在标准单端信号的调试模式下，DSTREAM-DS5借助32个引脚的支撑，可以实现125MHz的串行调试。不仅如此，DSTREAM-DS5还包含8GB的内存空间，可以实现对数据的临时存储。在额定状态下运行时，DSTREAM-DS5的交互电压范围为1.20～3.30V，表现出低功耗的特征。为了适应不同功能开发环境的需求，DSTREAM-DS5支持ARM和Thumb 两种指令集合，对应的长度分别为 16 位和32 位。在此基础上，DSTREAM-DS5还提供了非常丰富的片上外设资源，满足不同环境的编程的需求，具体如图2所示。

图2 DSTREAM-DS5处理器

在实际的运行过程中，DSTREAM-DS5包含具有用户模式和系统模式两种状态，通过软件设置，实现不同模式之间的快速转换，利用ICE-RT 逻辑和嵌入式跟踪宏核，使得DSTREAM-DS5在调试阶段不会受到高集成度的影响而出现延迟。DSTREAM-DS5内部设置的37个寄存器（30个通用寄存器，7个状态寄存器）也为指令的执行速度提供了良好保障。除此之外，DSTREAMDS5采用的体系构架为32 位精简指令集（RISC）处理器架构，通过构建实体暂存器与内存和协处理器之间的空间对应关系，缩短数据存取的时间开销。

1.3 称重传感装置

要实现对活禽交易信息的准确获取，其基础是电子秤准确对活禽的重量进行准确计量。为此，本文设计了以电磁力式传感器为基础的称重传感装置。其不仅在具体的工作原理上表现出较高先进性，同时也在称量精度上表现出较高的可靠性。考虑到活禽本身的温度和湿度状态会对电子秤的工作环境造成一定的影响，利用电磁力式传感器也可以将该部分影响最小化。从安装应用角度分析，电磁力式传感器结构虽然与现阶段应用广泛的电阻应变片式传感器相比更加复杂，但是其避免了活禽在称重过程中对弹性敏感元件应力造成的电阻应变计动态波动，降低了称重的时间成本，整体性价比更高。本文应用的电磁力式传感器示意图如图3 所示。

图3 电磁力式传感器

在实际应用过程中，按照称量活禽的重量范围对电磁力式传感器的型号进行选择，确保传感器的量程与载荷匹配，这也是决定称量准确度的重要环节之一。考虑到秤体的自重、皮重因素，综合电子秤的可靠性和使用寿命需求，本文设计磁力式传感器的量程为 0～20.0kg，以此确保在进行活禽称重阶段不会出现“爆表”的情况，同时最大限度提高称重结果的准确性。

1.4 数据实时传输装置

选择无线网络传输装置完成数据实时传输。无线网络数据传输技术具有操作简单、便捷的优势，可以达成无线通信设备与计算机之间信息数据传输的目的。无线网络传输装置支持通信协议，通过无线网络技术将采集到的活禽交易信息数据精准实时传输到计算机，提升信息数据采集、存取效率。通用笔记本电脑具有无线网络技术功能，可以直接利用无线网络数据通信功能完成智能电子秤设备数据实时传输。台式电脑需要通过配置无线网络适配器的方式，实现活禽交易信息数据精准实时传输。

2 软件设计

2.1 主程序设计

精准实时获取活禽交易信息的智能电子秤软件设计采用C语言编写，模块化设计。首先系统进行初始化，当系统检测到重物时，通过电磁力式传感器采集数据，然后对称重数据进行滤波处理后再显示，判断是否超重，如果超重，则进行报警处理并重新对系统初始化，如果不超重，则计算商品金额并将数据发送到上位机，最后结束。主程序流程图如图4所示。

图4 系统主程序流程图

2.2 称重数据过滤

利用电磁力式传感器对活禽的质量进行称重时，由于称量过程中活体的不稳定性，要求DSTREAM-DS5处理器对称重数据做出快速稳定地识别过滤。为此，当DSTREAMDS5接收到电磁力式传感器采集到的数据信息后，先对数据进行简单的前期滤波处理。考虑到称重的灵敏度以及实时性，本文将滤波数组的长度设定为采集数据大小的3.0%。此时的滤波操作可以表示为：

其中，x'表示滤波操作后的称重数据，x表示DSTRE AM-DS5接收到的电磁力式传感器称重数据，⊗表示滤波操作。通过式（1）的滤波处理后，将得到的称重结果输入到DSTREAM-DS5的数据稳定识别队列当中。在此基础上，设定一个用于判断数据稳定的阈值参数。本文取电磁力式传感器对任意商品初次瞬时称重的值为标准，对数列中的数据逐项做差，将差值80%的聚类范围作为阈值，对数据进行比较，其可以表示为：

其中，Δ表示任意商品初次瞬时称重值与数列中的数据逐项的差值，x0表示任意商品初次瞬时称重值，当Δ>0.8max(x0-x')或Δ<0.8min(x0-x')时，则判断当前的数据为不稳定状态下的称重结果，对该部分数据进行过滤处理。

2.3 称重数据分析

在完成对数据快速稳定识别过滤后，为了提高称重结果的可靠性，需要对数据进行分析处理。一般情况下，活禽的交易是按照一定的标准进行的，本文设计的电子秤为了实现对交易商品质量的智能判断，在DSTREAM-DS5处理器中设置了报警机制，结合交易的要求对称重数据进行分析，并做出相应的反馈。

首先，利用DSTREAM-DS5的RISC在电子秤内输入交易的重量标准，分别对应交易中对商品质量规范的最大值和最小值。经2.1处理后的数据，计算其均值作为电子秤的称重结果，分别与之进行比较，当满足式（3）时，则认为x对应的交易商品满足交易要求。

其中，由于采表示过滤后称重数据的均值，max a和min a分别表示交易中对商品质量规范的最大值和最小值。当不满足式（3）时，则认为x对应的交易商品不满足交易要求，做出报警处理。

3 应用测试

在上述设计的基础上，将设计的电子秤应用到实际的交易环境中，测试其性能。

3.1 测试电子秤装置

本文所设计的电子秤具有防水、坚固、可移动、称量数据误差少等特点，可以零售称量一只活禽，也可以批发称量多只活禽。测试称量所用的电子秤装置如图5所示。

图5 电子秤装置

3.2 测试环境概况

以某商品鸡养殖基地的交易活动为测试环境，交易数量预计为1200只，单支重量要求不低于1.75kg，不高于2.35kg，采用本文设计的电子秤对其进行称量，通过计算机对称量的数据进行实时获取分析，对交易商品鸡进行质量把控。在此基础上，随机选择7只进行标记，对其重量进行校验，测试电子秤测量结果的准确性。

3.3 测试结果

采用电子秤对1200只交易商品鸡的重量进行统计，其中，未达到交易重量的数量为12只，超出交易重量的数量为5只，经过对上述17只活禽重量进行复检，验证了电子秤的称重结果无异常。在此基础上，对标记的7只商品鸡的重量进行校验，其结果如表1所示。

表1 标记商品鸡重量校验结果统计表

从表1中可以看出，本文设计的电子秤的称重结果与校验结果之间的误差不超过5.0g，考虑到在两次称重过程中可能会出面羽毛脱落、排便等情况，因此5g以内的计量误差可以忽略不计。表明本文设计的电子秤可以实现对活禽交易信息的准确获取的分析。

4 结束语

与其他类型的质量称重相比，活禽称重的难度更大，在称重过程中，禽类的移动和其自身的属性差异都会对称重结果造成影响。本文提出基于ARM精确实时获取活禽交易信息的智能电子秤设计研究方案，利用ARM处理器实现对称重数据的快速处理，借助电磁力式传感器的稳定性对干扰影响进行有效规避，实现了对活禽质量的准确获取和分析。通过本文的设计研究，以期为相关交易工作的开展带去有价值的帮助。