0引言
目前市场上的台称与平台称等小型称重计量仪表，主要只对一些静止不动的东西（如：货物）称重，而对动的东西（如：动物，家禽等）称重要么功能单一，要么不具备相应功能，针对市场对于多功能台称的需求，并且依据衡器国家行业标准，设计研制了一种新型的多功能智能称重仪尤为重要。其主要可解决对动的东西（如：动物，家禽等）的称重，即具有基本称重功能，又有动物称重、计数、峰值保持和累加等特殊称重功能，特别适用于仓库物料的进仓出货，也可用于生产线上产品抽检或点数量，从而进一步完善市场上的台称与平台称计量仪表，使其具有多功能智能称重的特点，市场前景非常广阔。
1多功能智能称重仪总体设计
多功能智能称重仪的原理结构电路如图1所示：包括称重传感器、滤波电路、差动信号放大器、PWM脉宽调制电路、A/D转换器、中央处理单元、多功能接口电路、TM1629专门键盘/LED显示器接口电路，通讯与打印机接口电路、电流环大屏幕通讯口、电源电路等。
信号釆集部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电压信号力，而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路），以及PWM脉宽调制电路处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。控制器还可以通过对扩展电路的控制，对键盘进行扫描，而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制。数据显示部分根据需要实现显示功能，可通过电流环变换将数据显示在屏幕上，也可通过电平变换将信息打印出来。电路电源部分主要是为电路提供稳定的电源电压。

图1多功能智能称重仪结构框图
不同称重功能方式下的程序载入嵌入式系统ARM处理芯片中，其将接收到的称量数据进行分类处理和数据分析，处理流程如图2所示。
（1）    基本称重。实现按键皮重，皮重内锁，自动去皮，自动零跟踪，动态检测，手动和自动累计功能。
（2）    动物称重。当被称物在秤台上跳动时（如：动物，家禽等），如使用基本称重方式时，会发现读数跳动；但采用此方式可以得到更加精确和稳定的读数。
（3）    计数。釆用此方式称重时，仪表显示的是被称器件的数量。
(4)峰值保持。可测量到设定时间段内的最大称量值并显示。主要用于材料的张力及拉力等到测量。

图2称重软件系统流程图

2特殊功能称重算法的实现
在实现多功能智能称重的过程中，特殊功能称重方式为研究重点，包括动物称重、计数、峰值保持和累加功能。下面就动物称重和计数功能的算法实现做详细阐述。
2.1动物称重功能的实现
不论是进行动物的市场买卖还是进行动物实验，都需要对动物进行称重，但因动物好动会导致称量数据不停地大幅变化，而肉眼很难选择合适的读数实际，从而无法进行准确读数。为了解决这一难题，本文采用建模与参数估算的方法叫该方法主要是把动态测量作为一个参数估计和预测问题来处理，即首先根据有关称重测力系统的经验知识，推导出一个含有未知参数的模型，然后用该模型去拟合称重测力过程的输出信号，从而获得最小平方误差意义上的参数估计％由于被测重量或力值可以看成是称重测力过程的终值，因此它们可以用模型参数进行估计或预测。
称重部分由秤体和称重传感器组成，可以等效为一个由弹簧、阻尼器组成的二阶系统：
[M(t)++c—+kx=M(t)g+F(t)=G(s)
dtdt
式中：M(t)为动物质量，kg;m为秤体质量，kg;c为等效阻尼系数；K为等效刚度，N/s；F(t)为动物在秤上跳动的冲击力，N;x为秤体相X寸参考零点的位移，m;g为重力加速度m/s%
随着动物不停运动，此称重系统是一个时变非线性系统，可以釆用分段线性法将模型近似为线性时不变系统建立系统数学模型。经过差分方法和Z变换，上式可转化为：
M('0)=    —.丄.q.T
1+角+%N
问题转化为对一个模型参数的辨识问题，对于参数识别，可以通过剔除初始阶段的一些点来消除噪声，用递推最小二乘法来实现非零初值情况下的动态称重拟和叫最后利用参数辨识的方法在线辨识的参数a,、位和b°从而求出质量。
2.2计数功能算法的实现
计数可称为计件％其工作原理与称重原理类似但又不同。计数是指在秤盘上放多个物件，然后用总重量除以单个物件的重量，经四舍五入后计算出当前批次的物件个数气
根据传感器输出电压U和物体质量m呈线性对应关系，即：
m=k,U    (3)
式中k『为比例系数。同样，传感器的输出电压在经过A/D转换后与数字量的A/D值也是呈线性对应关系，故：
m=k}k2A/D-kcA/D    (4)
式中歸是传感器的输入电压与ADC转换后的A/D值的比例系数；虹是物体重量和A/D值的比例系数。
设被测物体的质量秤盘上的总质量m*“，除被测物体以外，作用在传感器上其他物体的总质量为皿。则根据式(3)式(4)可得：
=<^/Z>0    (5)
死+0=丸&2+0    ⑹
因质量的增加和A/D值的增加都是线性的，故：
』=力,+%    (7)
A/D^=AIDX+AID„    (8)
将式(6)减式(5),同时将式(7)(8)代入结果中，可得：
mx=kc(A/DJ[-A/Ds)=kc&A/D1:    (9)
设一批物件的平均质量为m.,这批物件的个数为q,当前放置于秤盘的总质量为M。根据式(9)得：
M=kc^/Du
(11)
故这批物件的数量为
M_kcLA!Du
矣A/D.
kc    kj
式中k,为计数的标定系数，表示平均一个物件对应的A/D差值。△A/DM表示当前物件的A/D值与空盘时的A/D之差。计数的标定系数也要通过实验或计算的方式确定，一般为测量某一批特定的物件前进行标定,当计数另一批物件时要重新进行计数的标定。
3实验数据及分析
分别对基本称重方式和特殊功能称重方式(动物称重、计数、峰值称重)进行实验，每种称重方式分别测试10次。
基本称重方式下的实验数据如表1所示。

分析见图3所示。

动物称重方式下的实验数据如表2所示。

图4动物称重方式下的数据分析
计数称重方式下的实验数据如表3所示。

计数称重方式下的数据分析见图5所示。

图5计数称重方式下的数据分析峰值称重方式下的实验数据如表4所示。

峰值称重方式下的数据分析见图6

 

根据实验数据表和数据分析图可知，在基本称重方式下所测试的结果非常稳定，曲线呈线性上升走势，误差基本保持在0.25%,这也是称重系统中误差率相对很小的范围。在动物称重方式下，实验数据稍微有所波动，但最大误差也在0.8%左右，对于这类特殊称重方式，已达到非常精确的效果。在计数称重方式下，数据只出现了两次明显波动，但其他八次结果均无任何误差，这两次大的波动是由外界条件人为操作不当造成，说明计数方式还是非常精准的。在峰值称重方式下，数据也略微有所波动，但误差范围均保持在0.4%以下，平均误差可达0.16%。
通过对每种称重方式进行反复实验，结果表明：该多功能智能称重仪可在不同称重方式下进行快速准确地称量，可满足不同的市场需求。
4结论
本设计釆用了ARM为核心控制器，利用PWM脉宽调制电路、PWC318NA/D转换器釆集压力传感器的信号，经过数字滤波等软件处理，实现基本称重方式和特殊称重方式，包括动物称量、技术功能、峰值保持和累加等。以满足市场对于不同称重计量的需求。目前，该设备已完成最后调试，经多次测试，称重性能稳定，线性好，响应速度快，现已投入生产，应用前景广泛。

 

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