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(zhù)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，近幾年涌現出越來(lái)越多的數字地磅。這種數字式地磅由于傳感器和稱(chēng) 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(chēng)重信息不是同一時(shí)刻的分 擔重量，從而在應用時(shí)存在一些問(wèn)題。本文從技術(shù)上剖析問(wèn)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(chē)車(chē)輛整車(chē)稱(chēng)重的一種衡器, 在市場(chǎng)上的應用非常普遍。在工礦企業(yè)、倉儲碼 頭、工程施工現場(chǎng)等場(chǎng)合隨處可見(jiàn)，它已經(jīng)是一 種應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 和數字式地磅。其中模擬式地磅在市場(chǎng)上的 應用最為廣泛，技術(shù)非常成熟。最近幾年日漸興 起的數字地磅，隨著(zhù)生產(chǎn)廠(chǎng)家的宣傳推廣及使 用者的認可，應用也越來(lái)越廣。數字地磅和模 擬地磅相比有很多優(yōu)點(diǎn)，這里不再贅述。但是, 數字地磅電氣技術(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計存 在一個(gè)非同時(shí)稱(chēng)重的缺陷問(wèn)題，這一點(diǎn)和傳統的 模擬式地磅相比可以說(shuō)是一個(gè)缺憾。下面就該 問(wèn)題逐步展開(kāi)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(chēng)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(xiàn)接入模擬接線(xiàn)盒，模擬接線(xiàn)盒再與稱(chēng)重顯示 器通過(guò)電纜連接。模擬接線(xiàn)盒的作用是把幾只模 擬傳感器的引線(xiàn)并聯(lián)在一起接入稱(chēng)重顯示器，并且在模擬接線(xiàn)盒上允許調整角差。從模擬傳感器 到稱(chēng)重顯示器之間是模擬信號接口。模擬式汽車(chē) 衡的這種電氣結構形式，決定了傳感器的工作方 式為同時(shí)稱(chēng)重。

下面再來(lái)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(chēng)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(jīng)過(guò)放大、濾波、模數轉換之后生產(chǎn)數 字信號(原始內碼)，再通過(guò)RS485串口按照約定的 協(xié)議規則送給稱(chēng)重顯示器。稱(chēng)重顯示器每次完整 收到一組每只傳感器送來(lái)的稱(chēng)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(xiàn)接入數字接線(xiàn)盒，數字 接線(xiàn)盒再與稱(chēng)重顯示器通過(guò)電纜連接。數字接線(xiàn) 盒的作用是把幾只數字傳感器的引線(xiàn)并聯(lián)在一起 接入稱(chēng)重顯示器。從數字傳感器到稱(chēng)重顯示器之 間一般采用RS485總線(xiàn)串行通訊，這樣，在 RS485串行通訊總線(xiàn)上稱(chēng)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(chē)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(chēng)重，即各自稱(chēng)重，由 稱(chēng)重顯示器組合相加得到總重。

凡是一主多從的總線(xiàn)設備雙向通訊方式，通 訊不能由從機主動(dòng)發(fā)起，只能由主機發(fā)起，從機 被動(dòng)應答。如果允許從機主動(dòng)發(fā)送，則很有可能 多個(gè)從機設備同時(shí)發(fā)送數據，造成總線(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(xiàn)上回送信息。 主機按照連接從機設備的 數量逐個(gè)輪詢(xún)從機設備，循環(huán)往復，周而復始。 這樣，總線(xiàn)占用的時(shí)間被人為劃分開(kāi)來(lái)，使 RS485串行通訊狀態(tài)有序進(jìn)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(chē)輛根據 信號燈的狀態(tài)遵章行駛，就不會(huì )造成沖突，不會(huì ) 造成擁堵。相反，如果車(chē)輛都不根據信號燈行駛, 只管往前沖，勢必發(fā)生沖突。這里，RS485通訊 總線(xiàn)的主機就相當于信號燈，是主動(dòng)的，是交通 能否行駛的發(fā)起者，RS485通訊總線(xiàn)的從機就相 當于車(chē)輛，是被動(dòng)的。

傳遞稱(chēng)重信息的時(shí)序流程如圖3所示。

三、存在問(wèn)題

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

同時(shí)我們可以明顯地看出，對于數字地磅, 同一個(gè)秤臺的若干只數字傳感器的稱(chēng)重信息不是 同時(shí)傳送給稱(chēng)重顯示器的，是分時(shí)的，這樣就存 在一個(gè)時(shí)間差。稱(chēng)重顯示器每輪詢(xún)一遍數字傳感 器得到的稱(chēng)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(chēng)重信息存在時(shí) 間差，所以稱(chēng)重顯示器每次計算出來(lái)的重量并不 是同一時(shí)刻的重量，這樣就導致結果有一定的誤 差。若使稱(chēng)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(shí)間就拉長(cháng)了。因為傳感器在不同時(shí) 刻受力不到足夠平衡穩定狀態(tài)，所以稱(chēng)重顯示器在短時(shí)間內取到的重量誤差偏大。

一個(gè)秤臺由若干只數字傳感器共同承擔，當 車(chē)輛完全上到秤臺上時(shí)，秤臺和車(chē)輛的重力并不 是均勻地分配在每只傳感器上，但同一時(shí)刻所有 傳感器承擔重量之和是一定的(即車(chē)輛總重)。重力 在每只傳感器上的分配是動(dòng)態(tài)變化的，當某一只 傳感器在某一時(shí)刻的受力減小時(shí)，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(lái)表達：

f 車(chē)重=f1+f2+ +fn

其中f車(chē)重為車(chē)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(xiàn)的通訊波特率采用9600bps, 不同廠(chǎng)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(chēng)重顯示器)查詢(xún)每只傳感器的時(shí)間周期為 20ms,則查詢(xún)一遍的時(shí)間周期為(nx 20)ms,當 n=4時(shí)，則查詢(xún)一遍的時(shí)間周期為80ms ；當n=6 時(shí)，查詢(xún)一遍的時(shí)間周期為120ms ；當n=8時(shí)，查 詢(xún)一遍的時(shí)間周期為160ms ；當n=10時(shí)，查詢(xún)一 遍的時(shí)間周期為200ms。可見(jiàn)，時(shí)序差異還是相當 大的。

假定RS485串行通訊協(xié)議十分精簡(jiǎn)，主機(稱(chēng) 重顯示器)查詢(xún)每只傳感器的時(shí)間周期為10ms,則 查詢(xún)一遍的時(shí)間周期為(nx 10)ms,當n=4時(shí)，則 查詢(xún)一遍的時(shí)間周期為40ms ；當n=6時(shí)，查詢(xún)一 遍的時(shí)間周期為60ms ；當n=8時(shí)，查詢(xún)一遍的時(shí) 間周期為80ms ；當n=10時(shí)，查詢(xún)一遍的時(shí)間周期 為100ms?？梢?jiàn)，時(shí)序差異還是蠻大的。

這種時(shí)間差異，就是導致短時(shí)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(cháng) 時(shí)間的秤臺和車(chē)輛的足夠平衡穩定。

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

四、應用分析

針對上面分析存在的問(wèn)題，我們在應用數字地磅的時(shí)候必須注意使用場(chǎng)合。在靜態(tài)稱(chēng)重的 場(chǎng)合可以正常使用，無(wú)非是稱(chēng)重穩定時(shí)間可能會(huì ) 拉長(cháng)一些，只要有足夠的穩定時(shí)間，稱(chēng)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(dòng)態(tài)稱(chēng)重的場(chǎng)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(dòng)態(tài)稱(chēng)重，則會(huì )帶來(lái)意想不到的偏差，從而使 動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的準確度嚴重降低。因為，在車(chē)輛動(dòng)態(tài) 行進(jìn)過(guò)程中，由于車(chē)輛自身振蕩的原因、車(chē)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(huì )比靜態(tài)稱(chēng)重情況下波動(dòng)更大， 從而導致動(dòng)態(tài)偏差更大。