地磅是人們廣泛應用的一種衡器，其中模擬式地磅應用最為廣泛。隨 著技術的發展進步，近幾年涌現出越來越多的數字地磅。這種數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，從而導致傳感器上傳的稱重信息不是同一時刻的分 擔重量，從而在應用時存在一些問題。本文從技術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, 在市場上的應用非常普遍。在工礦企業、倉儲碼 頭、工程施工現場等場合隨處可見，它已經是一 種應用最為廣泛的計量器具，與人們的生產生活 密不可分，已經成為人們生產生活中的基本工具, 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 和數字式地磅。其中模擬式地磅在市場上的 應用最為廣泛，技術非常成熟。最近幾年日漸興 起的數字地磅，隨著生產廠家的宣傳推廣及使 用者的認可，應用也越來越廣。數字地磅和模 擬地磅相比有很多優點，這里不再贅述。但是, 數字地磅電氣技術的發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計存 在一個非同時稱重的缺陷問題，這一點和傳統的 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、數字地磅的電氣結構

在了解數字地磅的電氣結構之前，為了方 便對比，首先了解一下傳統的模擬式地磅的電 氣結構及其工作原理。

模擬式地磅的電氣結構框圖如圖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在一起接入稱重顯示器，并且在模擬接線盒上允許調整角差。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 衡的這種電氣結構形式，決定了傳感器的工作方 式為同時稱重。

下面再來看數字地磅的電氣結構及工作原 理，數字地磅的電氣結構框圖如圖2所示。

支撐秤臺的有若干只數字稱重傳感器，一般 有4只、6只、8只、10只等，每只數字傳感器帶 有自己的處理電路，由處理電路把傳感器輸出的 模擬信號經過放大、濾波、模數轉換之后生產數 字信號(原始內碼)，再通過RS485串口按照約定的 協議規則送給稱重顯示器。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。

這些數字傳感器引線接入數字接線盒，數字 接線盒再與稱重顯示器通過電纜連接。數字接線 盒的作用是把幾只數字傳感器的引線并聯在一起 接入稱重顯示器。從數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 數字傳感器作為從機，構成一主多從的結構形式。

數字式汽車衡的這種電氣結構形式，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備雙向通訊方式，通 訊不能由從機主動發起，只能由主機發起，從機 被動應答。如果允許從機主動發送，則很有可能 多個從機設備同時發送數據，造成總線上數據沖 突，導致數據不能正確傳遞。

正常通訊由主機首先發送指令信息，該指令 信息中包含有從機設備地址。從機接收到指令信 息后，要比對設備地址，如果和本機設備地址一 致，則根據指令做出相應應答，把回送信息送到 RS485串行通訊總線上；如果和本機設備地址不 —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備的 數量逐個輪詢從機設備，循環往復，周而復始。 這樣，總線占用的時間被人為劃分開來，使 RS485串行通訊狀態有序進行，互不影響，從而 保證數據正確傳遞。

就像十字路口的交通信號燈一樣，車輛根據 信號燈的狀態遵章行駛，就不會造成沖突，不會 造成擁堵。相反，如果車輛都不根據信號燈行駛, 只管往前沖，勢必發生沖突。這里，RS485通訊 總線的主機就相當于信號燈，是主動的，是交通 能否行駛的發起者，RS485通訊總線的從機就相 當于車輛，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

從上面的結構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，對于數字地磅, 同一個秤臺的若干只數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，這樣就導致結果有一定的誤 差。若使稱重顯示器取到較為準確的重量，則必 須使每只傳感器的受力保持足夠平衡穩定，這樣 重量穩定的時間就拉長了。因為傳感器在不同時 刻受力不到足夠平衡穩定狀態，所以稱重顯示器在短時間內取到的重量誤差偏大。

一個秤臺由若干只數字傳感器共同承擔，當 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變化的，當某一只 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。假設一臺數字地磅 有n只數字傳感器(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 n=4時，則查詢一遍的時間周期為80ms ；當n=6 時，查詢一遍的時間周期為120ms ；當n=8時，查 詢一遍的時間周期為160ms ；當n=10時，查詢一 遍的時間周期為200ms。可見，時序差異還是相當 大的。

假定RS485串行通訊協議十分精簡，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n=4時，則 查詢一遍的時間周期為40ms ；當n=6時，查詢一 遍的時間周期為60ms ；當n=8時，查詢一遍的時 間周期為80ms ；當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，就是導致短時間內重量偏差 較大的原因。要得到準確的重量，除非保持較長 時間的秤臺和車輛的足夠平衡穩定。

所以，為了取值準確、迅速，從技術角度上 解決問題，應當考慮取到同一時刻的重量。這樣， 在數字傳感器的數字模塊上軟件處理時應當進行 同步時序處理，使上傳的數據是在同一時刻取到 的重量數據。從而使數字地磅的性能完全優于 模擬式地磅。

四、應用分析

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

但是，在動態稱重的場合，比如在公路上使 用的計重收費系統或超限檢測系統，在使用中要 求動態稱重，則會帶來意想不到的偏差，從而使 動態稱重的準確度嚴重降低。因為，在車輛動態 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稱重情況下波動更大， 從而導致動態偏差更大。