利用計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件平臺(tái)構(gòu)造地磅的方法簡(jiǎn)單易學(xué)、高效、功能易于擴(kuò)展，其應(yīng) 用前景廣闊。

一、引言

地磅衡重?cái)?shù)據(jù)往往與原材料消耗、貨物貿(mào)易 交接、運(yùn)費(fèi)計(jì)算等密切相關(guān)，因此有關(guān)業(yè)務(wù)部門需 口與計(jì)算機(jī)相連，把稱重結(jié)果自動(dòng)錄入數(shù)據(jù)庫，然后進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)等處理，以供信息系統(tǒng)使用。然而 這種情況既需要儀表又需要計(jì)算機(jī)，顯得繁瑣和浪 費(fèi)。為此，在本文中筆者提出一種直接利用計(jì)算機(jī) 來代替儀表的解決方案，供參考。

二、通用地磅的構(gòu)成

我們先來分析一下地磅的構(gòu)成。地磅近十年來發(fā)展速度很快，在港口、礦山、貨場(chǎng)等 場(chǎng)合用途廣泛，巳基本取代了杠桿式機(jī)械地中衡和 機(jī)電結(jié)合式地中衡。地磅安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，技 術(shù)成熟，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高，互換性、通用性強(qiáng)’且 儀表功能多，帶有外置標(biāo)準(zhǔn)接口，通過功能設(shè)置和 軟件配合，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其基本結(jié)構(gòu) 都是由承重臺(tái)、傳感器、接線盒、儀表等構(gòu)成。

采用模擬式傳感器的汽車衡，從傳感器電纜輸 出的是電壓信號(hào)，該信號(hào)輸入儀表后，可進(jìn)行放大、 采樣、A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理等，得出最后的稱重結(jié) 果并顯示，也可通過接口送打印機(jī)打印。接線盒中 有多個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行平衡和補(bǔ)償調(diào)節(jié)的電路。

采用數(shù)字式傳感器的地磅，其信號(hào)放大、采 樣、A/D轉(zhuǎn)換己集成在傳感器內(nèi)部，從傳感器電纜 輸出的是數(shù)字信號(hào)，輸入儀表后，直接進(jìn)行運(yùn)算處 理，得出最后的稱重結(jié)果并顯示或打印。對(duì)多個(gè)數(shù) 字傳感器信號(hào)的平衡和補(bǔ)償由稱重軟件完成。其優(yōu) 點(diǎn)是，數(shù)字信號(hào)傳輸穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，儀表結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化，智能化程度高，可對(duì)某些傳感器的故障進(jìn)行 自動(dòng)診斷。而缺點(diǎn)是成本高，價(jià)格昂貴。

三、虛擬儀器及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

虛擬儀器是在硬件技術(shù)不斷向高性能、模塊 化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)更加先進(jìn)和規(guī) 范的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。具體地說，是通過在計(jì)算 機(jī)上加一組硬件和軟件，來實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過程的控 制。硬件是符合某種總線標(biāo)準(zhǔn)如GPIB、VXI等）的 功能單元，主要解決信號(hào)的放大、采樣、輸入和輸出 等問題；軟件則是利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的信息處理能 力，完成信號(hào)處理、功能設(shè)置、操作界面設(shè)置等任 務(wù)。

虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：①人機(jī)界面 友好，可模擬現(xiàn)實(shí)儀器的面板樣式和功能，操作簡(jiǎn) 單易學(xué)；②對(duì)同類被測(cè)對(duì)象的測(cè)量過程統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)， 工作效率高；③硬件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，更新?lián)Q代簡(jiǎn)單； ④軟件模塊化程度高，獨(dú)立性好，儀器功能易于擴(kuò) 展;⑤硬件與軟件相對(duì)獨(dú)立。

四、利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造地磅

從第二章的介紹我們知道，承重臺(tái)、傳感器模 擬或數(shù)字式）、接線盒等是地磅必備的，無法 用其他技術(shù)來替代。利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造地磅的主要任務(wù)是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件來代替 儀表功能，并實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的運(yùn)算處理。

1.硬件結(jié)構(gòu)

對(duì)于地磅來講，從傳感器到儀表的信號(hào) 是單向的，即都是輸入儀表的，因此構(gòu)造虛擬儀器 硬件時(shí)，只需要設(shè)法將稱重信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)就可滿 足要求。對(duì)于模擬汽車衡，可以設(shè)計(jì)一塊帶有計(jì)算 機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線接口的信號(hào)采集板，完成稱重信號(hào)（電 壓）的放大、采樣、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、總線接口控制 等功能。對(duì)于數(shù)字式地磅，可設(shè)計(jì)一塊數(shù)據(jù)格式 轉(zhuǎn)換板，將從接線盒傳過來的數(shù)字信號(hào)通過總線接 口送給計(jì)算機(jī)處理。這組硬件放入計(jì)算機(jī)后，被當(dāng) 作計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)待，因此任一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可使 用。

2.軟件體系結(jié)構(gòu)

虛擬儀器軟件首先要具備現(xiàn)實(shí)儀器的所有功 能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充，如：運(yùn)算、匯 總、打印、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享等等。圖1是地磅稱 重軟件流程圖。在現(xiàn)實(shí)儀表中這一流程是靠單片機(jī) 來完成的，例如Motorola公司的51系列單片機(jī), 8031、8039、8051等等，一般都是8位的單片機(jī)，適 合于工業(yè)控制用，與當(dāng)前流行的32位個(gè)人機(jī)相比， 功能自然差得遠(yuǎn)了。因此，利用高級(jí)語言實(shí)現(xiàn)稱重 軟件功能非常容易，如VB，VC，Delphi等。另外，隨 著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)今巳形成了比較成 熟的虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范 （簡(jiǎn)稱 VISA—virtual instrument soft architecture )，有的公 司巳推出了非常實(shí)用、功能非常豐富的虛擬儀器應(yīng) 用軟件。它們是面向?qū)ο蟮莫?dú)立于設(shè)備類型的軟件 體系，包含了許多常用標(biāo)準(zhǔn)儀器的功能模塊，只需 調(diào)用、引用和組合就可組成一臺(tái)功能豐富的虛擬儀 器，如虛擬示波器、虛擬電壓表、虛擬信號(hào)發(fā)生器等 等。再如，對(duì)汽車衡來說，重要的一條是進(jìn)行斜率 或叫線性）校準(zhǔn)。與此運(yùn)算相關(guān)的參數(shù)有零點(diǎn)、皮 重、量程、分度數(shù)，這時(shí)可直接調(diào)用一個(gè)斜率校準(zhǔn)函 數(shù)，輸入上述參數(shù)后得出校準(zhǔn)后的斜率，存入計(jì)算 機(jī)中，就像存入現(xiàn)實(shí)儀表中一樣。

3.軟面板設(shè)計(jì)

對(duì)一現(xiàn)實(shí)儀器來說，操作面板是用戶與儀器對(duì) 話的手段，直接影響用戶對(duì)儀器的信賴程度。同樣， 對(duì)虛擬儀器來說也是如此，甚至更為重要。一般的 現(xiàn)實(shí)儀器用戶，因習(xí)慣了簡(jiǎn)單的操作按鈕，若突然 間面對(duì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可能會(huì)顯得手足無措，因此設(shè)計(jì) 一個(gè)好的軟面板，讓用戶無需改變以前的操作習(xí) 慣，肯定會(huì)受到歡迎。圖2是一臺(tái)虛擬地磅軟面板的樣式，用戶按下命令按鈕就可進(jìn)行相應(yīng)操 作，就像按鍵盤一樣，唯一不同的是用鼠標(biāo)點(diǎn)擊而不是用手指直接按。

從另一個(gè)角度來說，軟面板也是虛擬儀器功能 設(shè)置的一個(gè)窗口，用戶可通過軟面板直接直觀地了 解儀器的大概功能。一般來講，設(shè)計(jì)虛擬儀器軟件， 首先要設(shè)計(jì)好軟面板，確定面板上有哪些命令按 鈕，哪些顯示信息，然后分別設(shè)計(jì)子程序模塊。當(dāng)按 動(dòng)按鈕’就激活了相應(yīng)子程序。

五、需要注意的幾個(gè)問題 本文中的方案將計(jì)算機(jī)當(dāng)成了測(cè)試系統(tǒng)的一 部分，既提高了效率、擴(kuò)展了功能，又降低了成本。 但對(duì)衡器產(chǎn)品來講，還需注意法制管理的問題。我 國計(jì)量法、計(jì)量檢定規(guī)程、國際法制計(jì)量組織 OIML)的國際建議等都對(duì)衡器產(chǎn)品的制造、檢驗(yàn)、 試驗(yàn)作了詳細(xì)的規(guī)定，包括技術(shù)性能、安全性能、安 裝要求、環(huán)境要求、穩(wěn)定性、抗電磁干擾能力等等。 筆者在檢索這些資料的過程中，沒有發(fā)現(xiàn)針對(duì)上述 形式衡器的任何特殊規(guī)定。但有一條是毋庸質(zhì)疑 的，只要是衡器，是計(jì)量器具，就必須接受政府計(jì)量 部門的監(jiān)督和檢定管理。而計(jì)算機(jī)畢竟比儀表復(fù)雜 得多，其硬件和軟件出現(xiàn)故障的可能性也相對(duì)較 大。因此，建議有關(guān)部門能專門制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和檢 定規(guī)程，來合理規(guī)范和評(píng)價(jià)這類儀器。從今后技術(shù) 發(fā)展角度來看，虛擬儀器必將會(huì)得到更廣泛的應(yīng) 用，尤其是汽車衡、軌道衡等有固定使用場(chǎng)所的衡 器，特別適合向這種形式發(fā)展。國內(nèi)外市場(chǎng)上巳經(jīng) 出現(xiàn)的微機(jī)動(dòng)態(tài)軌道衡，就是沒有儀表直接用微機(jī) 顯示和記錄數(shù)據(jù)的，不過它的稱重軟件是特定的、 專用的，尚不具備通用性和開放性。