0引言
目前市場上的台稱與平台稱等小型稱重計量儀表，主要隻對一些靜止不動的東西（如：貨物）稱重，而對動的東西（如：動物，家禽等）稱重要麽功能單一，要麽不具備相應功能，針對市場對於多功能台稱的需求，並且依據衡器國家行業標準，設計研製了一種新型的多功能智能稱重儀尤為重要。其主要可解決對動的東西（如：動物，家禽等）的稱重，即具有基本稱重功能，又有動物稱重、計數、峰值保持和累加等特殊稱重功能，特別適用於倉庫物料的進倉出貨，也可用於生產線上產品抽檢或點數量，從而進一步完善市場上的台稱與平台稱計量儀表，使其具有多功能智能稱重的特點，市場前景非常廣闊。
1多功能智能稱重儀總體設計
多功能智能稱重儀的原理結構電路如圖1所示：包括稱重傳感器、濾波電路、差動信號放大器、PWM脈寬調製電路、A/D轉換器、中央處理單元、多功能接口電路、TM1629專門鍵盤/LED顯示器接口電路，通訊與打印機接口電路、電流環大屏幕通訊口、電源電路等。
信號釆集部分是利用稱重傳感器檢測壓力信號，得到微弱的電壓信號力，而後經處理電路（如濾波電路，差動放大電路），以及PWM脈寬調製電路處理後，送A/D轉換器，將模擬量轉化為數字量輸出。控製器部分接受來自A/D轉換器輸出的數字信號，經過複雜的運算，將數字信號轉換為物體的實際重量信號，並將其存儲到存儲單元中。控製器還可以通過對擴展電路的控製，對鍵盤進行掃描，而後通過鍵盤散轉程序，對整個係統進行控製。數據顯示部分根據需要實現顯示功能，可通過電流環變換將數據顯示在屏幕上，也可通過電平變換將信息打印出來。電路電源部分主要是為電路提供穩定的電源電壓。

圖1多功能智能稱重儀結構框圖
不同稱重功能方式下的程序載入嵌入式係統ARM處理芯片中，其將接收到的稱量數據進行分類處理和數據分析，處理流程如圖2所示。
（1）    基本稱重。實現按鍵皮重，皮重內鎖，自動去皮，自動零跟蹤，動態檢測，手動和自動累計功能。
（2）    動物稱重。當被稱物在秤台上跳動時（如：動物，家禽等），如使用基本稱重方式時，會發現讀數跳動；但采用此方式可以得到更加精確和穩定的讀數。
（3）    計數。釆用此方式稱重時，儀表顯示的是被稱器件的數量。
(4)峰值保持。可測量到設定時間段內的最大稱量值並顯示。主要用於材料的張力及拉力等到測量。

圖2稱重軟件係統流程圖

2特殊功能稱重算法的實現
在實現多功能智能稱重的過程中，特殊功能稱重方式為研究重點，包括動物稱重、計數、峰值保持和累加功能。下麵就動物稱重和計數功能的算法實現做詳細闡述。
2.1動物稱重功能的實現
不論是進行動物的市場買賣還是進行動物實驗，都需要對動物進行稱重，但因動物好動會導致稱量數據不停地大幅變化，而肉眼很難選擇合適的讀數實際，從而無法進行準確讀數。為了解決這一難題，本文采用建模與參數估算的方法叫該方法主要是把動態測量作為一個參數估計和預測問題來處理，即首先根據有關稱重測力係統的經驗知識，推導出一個含有未知參數的模型，然後用該模型去擬合稱重測力過程的輸出信號，從而獲得最小平方誤差意義上的參數估計％由於被測重量或力值可以看成是稱重測力過程的終值，因此它們可以用模型參數進行估計或預測。
稱重部分由秤體和稱重傳感器組成，可以等效為一個由彈簧、阻尼器組成的二階係統：
[M(t)++c—+kx=M(t)g+F(t)=G(s)
dtdt
式中：M(t)為動物質量，kg;m為秤體質量，kg;c為等效阻尼係數；K為等效剛度，N/s；F(t)為動物在秤上跳動的衝擊力，N;x為秤體相X寸參考零點的位移，m;g為重力加速度m/s%
隨著動物不停運動，此稱重係統是一個時變非線性係統，可以釆用分段線性法將模型近似為線性時不變係統建立係統數學模型。經過差分方法和Z變換，上式可轉化為：
M('0)=    —.丄.q.T
1+角+%N
問題轉化為對一個模型參數的辨識問題，對於參數識別，可以通過剔除初始階段的一些點來消除噪聲，用遞推最小二乘法來實現非零初值情況下的動態稱重擬和叫最後利用參數辨識的方法在線辨識的參數a,、位和b°從而求出質量。
2.2計數功能算法的實現
計數可稱為計件％其工作原理與稱重原理類似但又不同。計數是指在秤盤上放多個物件，然後用總重量除以單個物件的重量，經四舍五入後計算出當前批次的物件個數氣
根據傳感器輸出電壓U和物體質量m呈線性對應關係，即：
m=k,U    (3)
式中k『為比例係數。同樣，傳感器的輸出電壓在經過A/D轉換後與數字量的A/D值也是呈線性對應關係，故：
m=k}k2A/D-kcA/D    (4)
式中歸是傳感器的輸入電壓與ADC轉換後的A/D值的比例係數；虹是物體重量和A/D值的比例係數。
設被測物體的質量秤盤上的總質量m*“，除被測物體以外，作用在傳感器上其他物體的總質量為皿。則根據式(3)式(4)可得：
=<^/Z>0    (5)
死+0=丸&2+0    ⑹
因質量的增加和A/D值的增加都是線性的，故：
』=力,+%    (7)
A/D^=AIDX+AID„    (8)
將式(6)減式(5),同時將式(7)(8)代入結果中，可得：
mx=kc(A/DJ[-A/Ds)=kc&A/D1:    (9)
設一批物件的平均質量為m.,這批物件的個數為q,當前放置於秤盤的總質量為M。根據式(9)得：
M=kc^/Du
(11)
故這批物件的數量為
M_kcLA!Du
矣A/D.
kc    kj
式中k,為計數的標定係數，表示平均一個物件對應的A/D差值。△A/DM表示當前物件的A/D值與空盤時的A/D之差。計數的標定係數也要通過實驗或計算的方式確定，一般為測量某一批特定的物件前進行標定,當計數另一批物件時要重新進行計數的標定。
3實驗數據及分析
分別對基本稱重方式和特殊功能稱重方式(動物稱重、計數、峰值稱重)進行實驗，每種稱重方式分別測試10次。
基本稱重方式下的實驗數據如表1所示。

分析見圖3所示。

動物稱重方式下的實驗數據如表2所示。

圖4動物稱重方式下的數據分析
計數稱重方式下的實驗數據如表3所示。

計數稱重方式下的數據分析見圖5所示。

圖5計數稱重方式下的數據分析峰值稱重方式下的實驗數據如表4所示。

峰值稱重方式下的數據分析見圖6

根據實驗數據表和數據分析圖可知，在基本稱重方式下所測試的結果非常穩定，曲線呈線性上升走勢，誤差基本保持在0.25%,這也是稱重係統中誤差率相對很小的範圍。在動物稱重方式下，實驗數據稍微有所波動，但最大誤差也在0.8%左右，對於這類特殊稱重方式，已達到非常精確的效果。在計數稱重方式下，數據隻出現了兩次明顯波動，但其他八次結果均無任何誤差，這兩次大的波動是由外界條件人為操作不當造成，說明計數方式還是非常精準的。在峰值稱重方式下，數據也略微有所波動，但誤差範圍均保持在0.4%以下，平均誤差可達0.16%。
通過對每種稱重方式進行反複實驗，結果表明：該多功能智能稱重儀可在不同稱重方式下進行快速準確地稱量，可滿足不同的市場需求。
4結論
本設計釆用了ARM為核心控製器，利用PWM脈寬調製電路、PWC318NA/D轉換器釆集壓力傳感器的信號，經過數字濾波等軟件處理，實現基本稱重方式和特殊稱重方式，包括動物稱量、技術功能、峰值保持和累加等。以滿足市場對於不同稱重計量的需求。目前，該設備已完成最後調試，經多次測試，稱重性能穩定，線性好，響應速度快，現已投入生產，應用前景廣泛。

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