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)展進步，近幾年涌現(xiàn)出越來越多的數(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刻的分 擔(dān)重量，從而在應(yīng)用時存在一些問題。本文從技術(shù)上剖析問題所在的根源，并提出一些解決 措施，以供讀者分享。

一、前言

地磅作為對汽車車輛整車稱重的一種衡器, 在市場上的應(yīng)用非常普遍。在工礦企業(yè)、倉儲碼 頭、工程施工現(xiàn)場等場合隨處可見，它已經(jīng)是一 種應(yīng)用最為廣泛的計量器具，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)用也越來越廣。數(shù)字地磅和模 擬地磅相比有很多優(yōu)點，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)計存 在一個非同時稱重的缺陷問題，這一點和傳統(tǒng)的 模擬式地磅相比可以說是一個缺憾。下面就該 問題逐步展開分析，不對之處，懇請讀者賜教。

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 式為同時稱重。

下面再來看數(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 模擬信號經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后生產(chǎn)數(shù) 字信號(原始內(nèi)碼)，再通過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的稱重信息，把這些傳 感器的輸出相加后計算一次重量。

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，每只 數(shù)字傳感器作為從機，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 訊不能由從機主動發(fā)起，只能由主機發(fā)起，從機 被動應(yīng)答。如果允許從機主動發(fā)送，則很有可能 多個從機設(shè)備同時發(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。

正常通訊由主機首先發(fā)送指令信息，該指令 信息中包含有從機設(shè)備地址。從機接收到指令信 息后，要比對設(shè)備地址，如果和本機設(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；如果和本機設(shè)備地址不 —致，則本機不處理該指令，即不往RS485串行 通訊總線上回送信息。 主機按照連接從機設(shè)備的 數(shù)量逐個輪詢從機設(shè)備，循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始。 這樣，總線占用的時間被人為劃分開來，使 RS485串行通訊狀態(tài)有序進行，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燈一樣，車輛根據(jù) 信號燈的狀態(tài)遵章行駛，就不會造成沖突，不會 造成擁堵。相反，如果車輛都不根據(jù)信號燈行駛, 只管往前沖，勢必發(fā)生沖突。這里，RS485通訊 總線的主機就相當(dāng)于信號燈，是主動的，是交通 能否行駛的發(fā)起者，RS485通訊總線的從機就相 當(dāng)于車輛，是被動的。

傳遞稱重信息的時序流程如圖3所示。

三、存在問題

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

同時我們可以明顯地看出，對于數(shù)字地磅, 同一個秤臺的若干只數(shù)字傳感器的稱重信息不是 同時傳送給稱重顯示器的，是分時的，這樣就存 在一個時間差。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算生成一次重量信 息，因為每只數(shù)字傳感器上傳的稱重信息存在時 間差，所以稱重顯示器每次計算出來的重量并不 是同一時刻的重量，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)定的時間就拉長了。因為傳感器在不同時 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間內(nèi)取到的重量誤差偏大。

一個秤臺由若干只數(shù)字傳感器共同承擔(dān)，當(dāng) 車輛完全上到秤臺上時，秤臺和車輛的重力并不 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態(tài)變化的，當(dāng)某一只 傳感器在某一時刻的受力減小時，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)系可以用下式來表達：

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)一臺數(shù)字地磅 有n只數(shù)字傳感器(其中n=4、6、8、10、???)，主 機(稱重顯示器)查詢每只傳感器的時間周期為 20ms,則查詢一遍的時間周期為(nx 20)ms,當(dāng) n=4時，則查詢一遍的時間周期為80ms ；當(dāng)n=6 時，查詢一遍的時間周期為120ms ；當(dāng)n=8時，查 詢一遍的時間周期為160ms ；當(dāng)n=10時，查詢一 遍的時間周期為200ms。可見，時序差異還是相當(dāng) 大的。

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

這種時間差異，就是導(dǎo)致短時間內(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 時間的秤臺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 解決問題，應(yīng)當(dāng)考慮取到同一時刻的重量。這樣， 在數(shù)字傳感器的數(shù)字模塊上軟件處理時應(yīng)當(dāng)進行 同步時序處理，使上傳的數(shù)據(jù)是在同一時刻取到 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

針對上面分析存在的問題，我們在應(yīng)用數(shù)字地磅的時候必須注意使用場合。在靜態(tài)稱重的 場合可以正常使用，無非是稱重穩(wěn)定時間可能會 拉長一些，只要有足夠的穩(wěn)定時間，稱量準(zhǔn)確度 是可以保證的，一般的商用秤要求的OIML(W)級 秤的標(biāo)準(zhǔn)完全可以達到。

但是，在動態(tài)稱重的場合，比如在公路上使 用的計重收費系統(tǒng)或超限檢測系統(tǒng)，在使用中要 求動態(tài)稱重，則會帶來意想不到的偏差，從而使 動態(tài)稱重的準(zhǔn)確度嚴(yán)重降低。因為，在車輛動態(tài) 行進過程中，由于車輛自身振蕩的原因、車輛加 減速的原因及秤臺機械形變的原因，分配在每只 傳感器上的重量會比靜態(tài)稱重情況下波動更大， 從而導(dǎo)致動態(tài)偏差更大。