地磅是人們廣泛應(yīng)用的一種衡器，其中模擬式地磅應(yīng)用最為廣泛。隨 著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，近幾年涌現(xiàn)出越來(lái)越多的數(shù)字地磅。這種數(shù)字式地磅由于傳感器和稱 重顯示器之間采用RS485串行通訊模式，從而導(dǎo)致傳感器上傳的稱重信息不是同一時(shí)刻的分 擔(dān)重量，從而在應(yīng)用時(shí)存在一些問(wèn)題。本文從技術(shù)上剖析問(wèn)題所在的根源，并提出一些解決 措施，以供讀者分享。

一、前言

地磅作為對(duì)汽車車輛整車稱重的一種衡器, 在市場(chǎng)上的應(yīng)用非常普遍。在工礦企業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)碼 頭、工程施工現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)合隨處可見(jiàn)，它已經(jīng)是一 種應(yīng)用最為廣泛的計(jì)量器具，與人們的生產(chǎn)生活 密不可分，已經(jīng)成為人們生產(chǎn)生活中的基本工具, 深入到人們的生活之中。它從安裝方式分為地上 衡和地中衡，從傳感器的形式分為模擬式地磅 和數(shù)字式地磅。其中模擬式地磅在市場(chǎng)上的 應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)非常成熟。最近幾年日漸興 起的數(shù)字地磅，隨著生產(chǎn)廠家的宣傳推廣及使 用者的認(rèn)可，應(yīng)用也越來(lái)越廣。數(shù)字地磅和模 擬地磅相比有很多優(yōu)點(diǎn)，這里不再贅述。但是, 數(shù)字地磅電氣技術(shù)的發(fā)展正處在方興未艾的階 段，并非十分的成熟，使用者并不知曉其設(shè)計(jì)存 在一個(gè)非同時(shí)稱重的缺陷問(wèn)題，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)的 模擬式地磅相比可以說(shuō)是一個(gè)缺憾。下面就該 問(wèn)題逐步展開(kāi)分析，不對(duì)之處，懇請(qǐng)讀者賜教。

二、數(shù)字地磅的電氣結(jié)構(gòu)

在了解數(shù)字地磅的電氣結(jié)構(gòu)之前，為了方 便對(duì)比，首先了解一下傳統(tǒng)的模擬式地磅的電 氣結(jié)構(gòu)及其工作原理。

模擬式地磅的電氣結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

支撐秤臺(tái)的有若干只模擬式稱重傳感器，一 般有4只、6只、8只、10只等，這些模擬傳感器 引線接入模擬接線盒，模擬接線盒再與稱重顯示 器通過(guò)電纜連接。模擬接線盒的作用是把幾只模 擬傳感器的引線并聯(lián)在一起接入稱重顯示器，并且在模擬接線盒上允許調(diào)整角差。從模擬傳感器 到稱重顯示器之間是模擬信號(hào)接口。模擬式汽車 衡的這種電氣結(jié)構(gòu)形式，決定了傳感器的工作方 式為同時(shí)稱重。

下面再來(lái)看數(shù)字地磅的電氣結(jié)構(gòu)及工作原 理，數(shù)字地磅的電氣結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

支撐秤臺(tái)的有若干只數(shù)字稱重傳感器，一般 有4只、6只、8只、10只等，每只數(shù)字傳感器帶 有自己的處理電路，由處理電路把傳感器輸出的 模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后生產(chǎn)數(shù) 字信號(hào)(原始內(nèi)碼)，再通過(guò)RS485串口按照約定的 協(xié)議規(guī)則送給稱重顯示器。稱重顯示器每次完整 收到一組每只傳感器送來(lái)的稱重信息，把這些傳 感器的輸出相加后計(jì)算一次重量。

這些數(shù)字傳感器引線接入數(shù)字接線盒，數(shù)字 接線盒再與稱重顯示器通過(guò)電纜連接。數(shù)字接線 盒的作用是把幾只數(shù)字傳感器的引線并聯(lián)在一起 接入稱重顯示器。從數(shù)字傳感器到稱重顯示器之 間一般采用RS485總線串行通訊，這樣，在 RS485串行通訊總線上稱重顯示器作為主機(jī)，每只 數(shù)字傳感器作為從機(jī)，構(gòu)成一主多從的結(jié)構(gòu)形式。

數(shù)字式汽車衡的這種電氣結(jié)構(gòu)形式，決定了 傳感器的工作方式為分離稱重，即各自稱重，由 稱重顯示器組合相加得到總重。

凡是一主多從的總線設(shè)備雙向通訊方式，通 訊不能由從機(jī)主動(dòng)發(fā)起，只能由主機(jī)發(fā)起，從機(jī) 被動(dòng)應(yīng)答。如果允許從機(jī)主動(dòng)發(fā)送，則很有可能 多個(gè)從機(jī)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，造成總線上數(shù)據(jù)沖 突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能正確傳遞。

正常通訊由主機(jī)首先發(fā)送指令信息，該指令 信息中包含有從機(jī)設(shè)備地址。從機(jī)接收到指令信 息后，要比對(duì)設(shè)備地址，如果和本機(jī)設(shè)備地址一 致，則根據(jù)指令做出相應(yīng)應(yīng)答，把回送信息送到 RS485串行通訊總線上；如果和本機(jī)設(shè)備地址不 —致，則本機(jī)不處理該指令，即不往RS485串行 通訊總線上回送信息。 主機(jī)按照連接從機(jī)設(shè)備的 數(shù)量逐個(gè)輪詢從機(jī)設(shè)備，循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始。 這樣，總線占用的時(shí)間被人為劃分開(kāi)來(lái)，使 RS485串行通訊狀態(tài)有序進(jìn)行，互不影響，從而 保證數(shù)據(jù)正確傳遞。

就像十字路口的交通信號(hào)燈一樣，車輛根據(jù) 信號(hào)燈的狀態(tài)遵章行駛，就不會(huì)造成沖突，不會(huì) 造成擁堵。相反，如果車輛都不根據(jù)信號(hào)燈行駛, 只管往前沖，勢(shì)必發(fā)生沖突。這里，RS485通訊 總線的主機(jī)就相當(dāng)于信號(hào)燈，是主動(dòng)的，是交通 能否行駛的發(fā)起者，RS485通訊總線的從機(jī)就相 當(dāng)于車輛，是被動(dòng)的。

傳遞稱重信息的時(shí)序流程如圖3所示。

三、存在問(wèn)題

從上面的結(jié)構(gòu)形式可以清楚地看出，對(duì)于模 擬式地磅，稱重顯示器取到的稱重信號(hào)是每只 傳感器的同一時(shí)刻的輸出。

同時(shí)我們可以明顯地看出，對(duì)于數(shù)字地磅, 同一個(gè)秤臺(tái)的若干只數(shù)字傳感器的稱重信息不是 同時(shí)傳送給稱重顯示器的，是分時(shí)的，這樣就存 在一個(gè)時(shí)間差。稱重顯示器每輪詢一遍數(shù)字傳感 器得到的稱重信息最終組合運(yùn)算生成一次重量信 息，因?yàn)槊恐粩?shù)字傳感器上傳的稱重信息存在時(shí) 間差，所以稱重顯示器每次計(jì)算出來(lái)的重量并不 是同一時(shí)刻的重量，這樣就導(dǎo)致結(jié)果有一定的誤 差。若使稱重顯示器取到較為準(zhǔn)確的重量，則必 須使每只傳感器的受力保持足夠平衡穩(wěn)定，這樣 重量穩(wěn)定的時(shí)間就拉長(zhǎng)了。因?yàn)閭鞲衅髟诓煌瑫r(shí) 刻受力不到足夠平衡穩(wěn)定狀態(tài)，所以稱重顯示器在短時(shí)間內(nèi)取到的重量誤差偏大。

一個(gè)秤臺(tái)由若干只數(shù)字傳感器共同承擔(dān)，當(dāng) 車輛完全上到秤臺(tái)上時(shí)，秤臺(tái)和車輛的重力并不 是均勻地分配在每只傳感器上，但同一時(shí)刻所有 傳感器承擔(dān)重量之和是一定的(即車輛總重)。重力 在每只傳感器上的分配是動(dòng)態(tài)變化的，當(dāng)某一只 傳感器在某一時(shí)刻的受力減小時(shí)，由于總力一定, 則減小的重力被分配到其它傳感器上。受力分配 關(guān)系可以用下式來(lái)表達(dá)：

f 車重=f1+f2+ +fn

其中f車重為車輛總重量，f1為第1只傳感器的 受力，f2為第2只傳感器的受力，fn為第n只傳感 器的受力。

—般RS485總線的通訊波特率采用9600bps, 不同廠家的可能存在差異。假設(shè)一臺(tái)數(shù)字地磅 有n只數(shù)字傳感器(其中n=4、6、8、10、???)，主 機(jī)(稱重顯示器)查詢每只傳感器的時(shí)間周期為 20ms,則查詢一遍的時(shí)間周期為(nx 20)ms,當(dāng) n=4時(shí)，則查詢一遍的時(shí)間周期為80ms ；當(dāng)n=6 時(shí)，查詢一遍的時(shí)間周期為120ms ；當(dāng)n=8時(shí)，查 詢一遍的時(shí)間周期為160ms ；當(dāng)n=10時(shí)，查詢一 遍的時(shí)間周期為200ms。可見(jiàn)，時(shí)序差異還是相當(dāng) 大的。

假定RS485串行通訊協(xié)議十分精簡(jiǎn)，主機(jī)(稱 重顯示器)查詢每只傳感器的時(shí)間周期為10ms,則 查詢一遍的時(shí)間周期為(nx 10)ms,當(dāng)n=4時(shí)，則 查詢一遍的時(shí)間周期為40ms ；當(dāng)n=6時(shí)，查詢一 遍的時(shí)間周期為60ms ；當(dāng)n=8時(shí)，查詢一遍的時(shí) 間周期為80ms ；當(dāng)n=10時(shí)，查詢一遍的時(shí)間周期 為100ms。可見(jiàn)，時(shí)序差異還是蠻大的。

這種時(shí)間差異，就是導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)重量偏差 較大的原因。要得到準(zhǔn)確的重量，除非保持較長(zhǎng) 時(shí)間的秤臺(tái)和車輛的足夠平衡穩(wěn)定。

所以，為了取值準(zhǔn)確、迅速，從技術(shù)角度上 解決問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)考慮取到同一時(shí)刻的重量。這樣， 在數(shù)字傳感器的數(shù)字模塊上軟件處理時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行 同步時(shí)序處理，使上傳的數(shù)據(jù)是在同一時(shí)刻取到 的重量數(shù)據(jù)。從而使數(shù)字地磅的性能完全優(yōu)于 模擬式地磅。

四、應(yīng)用分析

針對(duì)上面分析存在的問(wèn)題，我們?cè)趹?yīng)用數(shù)字地磅的時(shí)候必須注意使用場(chǎng)合。在靜態(tài)稱重的 場(chǎng)合可以正常使用，無(wú)非是稱重穩(wěn)定時(shí)間可能會(huì) 拉長(zhǎng)一些，只要有足夠的穩(wěn)定時(shí)間，稱量準(zhǔn)確度 是可以保證的，一般的商用秤要求的OIML(W)級(jí) 秤的標(biāo)準(zhǔn)完全可以達(dá)到。

但是，在動(dòng)態(tài)稱重的場(chǎng)合，比如在公路上使 用的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)或超限檢測(cè)系統(tǒng)，在使用中要 求動(dòng)態(tài)稱重，則會(huì)帶來(lái)意想不到的偏差，從而使 動(dòng)態(tài)稱重的準(zhǔn)確度嚴(yán)重降低。因?yàn)椋谲囕v動(dòng)態(tài) 行進(jìn)過(guò)程中，由于車輛自身振蕩的原因、車輛加 減速的原因及秤臺(tái)機(jī)械形變的原因，分配在每只 傳感器上的重量會(huì)比靜態(tài)稱重情況下波動(dòng)更大， 從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)偏差更大。