郭琳琳

(廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院，廣東廣州510030)

0 引言

汽車衡作為一種準(zhǔn)確、方便、快捷的稱重計(jì)量設(shè)備是目前各行各業(yè)大宗物資貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量器具。不法分子受利益驅(qū)使，屢屢利用高科技手段篡改稱重?cái)?shù)據(jù)從而非法獲利，這種作弊行為給企業(yè)和個(gè)人帶來巨大損失甚至引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)糾紛，因此汽車衡作弊是目前國內(nèi)影響公平貿(mào)易最為嚴(yán)重的活動(dòng)之一，也是我國計(jì)量監(jiān)管的重點(diǎn)對(duì)象。在國務(wù)院計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2013 ～2020年)中也明確提出“加強(qiáng)計(jì)量作弊防控技術(shù)和查處技術(shù)研究，提高依法快速查處、快速處理能力”的要求［1］。

1 汽車衡的作弊原理

汽車衡是質(zhì)量計(jì)量中的一種常用計(jì)量設(shè)備，其工作原理是通過重力作用把待秤物品(汽車)的重量傳遞至稱重傳感器，傳感器輸出與重量數(shù)值成正比的電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)［1］放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由稱重儀表對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后輸出重量值。

目前汽車衡的作弊方式主要分為兩種:一種是修改稱重傳感器的電信號(hào)，這種作弊方式主要是將一電阻與遙控接收裝置串聯(lián)在傳感器的激勵(lì)電壓正端線中，然后通過遙控器對(duì)加裝在稱重傳感器線路上的電阻值進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到修改電信號(hào)的目的［2-3］;另一種是修改稱重儀表芯片中的程序即軟件作弊，這種作弊方式只需要在稱重儀表鍵入作弊功能啟動(dòng)密碼，就可以通過按下不同的按鍵得到不同倍數(shù)的稱重?cái)?shù)據(jù)，從而達(dá)到修改稱重結(jié)果的目的［4］。

雖然已經(jīng)有科研人員提出了多種“電子汽車衡的防作弊裝置系統(tǒng)”，但這些系統(tǒng)大多采用傳感信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)、紅外定位技術(shù)、視頻識(shí)別技術(shù)，針對(duì)遙控作弊以及人為操作作弊的方式進(jìn)行監(jiān)控［5］，對(duì)于軟件作弊，這類系統(tǒng)是無法進(jìn)行有效監(jiān)控的。

因此針對(duì)軟件作弊的問題，本文設(shè)計(jì)一套不改變汽車衡硬件結(jié)構(gòu)又能實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)，分別通過觸摸屏顯示、SD 卡儲(chǔ)存實(shí)時(shí)稱重?cái)?shù)據(jù)及監(jiān)控情況、3G 通信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。

2 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)主要由測(cè)量模塊和人機(jī)控制設(shè)備兩部分組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。測(cè)量模塊單獨(dú)對(duì)稱重傳感器的電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集轉(zhuǎn)換并通過RS485 總線傳輸至人機(jī)控制設(shè)備。人機(jī)控制設(shè)備作為系統(tǒng)核心負(fù)責(zé)測(cè)量模塊的參數(shù)設(shè)置，對(duì)測(cè)量模塊、顯稱重儀表傳輸?shù)姆Q重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析并將分析結(jié)果示、存儲(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):①體積小，造價(jià)低，核心控制單元僅需要一個(gè)人機(jī)控制設(shè)備;②系統(tǒng)采用RS485 總線作為控制單元和測(cè)量單元之間的通信方式，具備極強(qiáng)的抗干擾能力，能保證極低的出錯(cuò)率;③人機(jī)控制設(shè)備中設(shè)定一個(gè)數(shù)據(jù)保存機(jī)制，所有測(cè)得的數(shù)據(jù)信息在未通過無線傳遞到數(shù)據(jù)中心前都可以暫存到這個(gè)緩存里面，防止掉電丟失，極大地增加了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括兩個(gè)硬件部分，即測(cè)量模塊和人機(jī)控制設(shè)備。

3.1.1 測(cè)量模塊

測(cè)量模塊選用六線制的重量變送器，該模塊的A/D 轉(zhuǎn)換速度為480 次/s，最高顯示誤差為1/30000。并且具有雙向隔離串行口功能，同時(shí)支持232 與485 通訊，支持GM 協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)ModBus RTU/ASCII 等協(xié)議［6］，測(cè)量模塊利用接線端子與稱重傳感器、稱重儀表并線連接，具體連接方式如圖2所示。

圖2 測(cè)量模塊連接示意圖

3.1.2 人機(jī)控制設(shè)備

人機(jī)控制設(shè)備硬件組成如圖3所示。

圖3 HMI 硬件體系結(jié)構(gòu)圖

1)MCU

處理器選用了S3C2416X 32 位RISC 處理器，該處理器基于ARM926EJ 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了MMU，AMBA 總線和哈佛緩存結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的16 KB 指令和16 KB 數(shù)據(jù)緩存。并通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)最大限度地減少整體系統(tǒng)成本，且無需配置額外的組件。為低功耗產(chǎn)品和高性能控制設(shè)備提供了一個(gè)高性價(jià)比、低功耗、高性能的解決方案。

2)存儲(chǔ)器

該設(shè)備為了滿足嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序的需要，采用了64 M 的SDRAM 和128 M 的Flash ROM。

3)外設(shè)

7 寸彩色TFT LCD，800×480 四線電阻式觸摸屏。兩個(gè)通信接口，用于實(shí)現(xiàn)與測(cè)量模塊、汽車衡的通信，COM0:RS232，COM1:RS485。另外還包含了一個(gè)SD/MMC 卡接口和一個(gè)USB2.0 接口。

3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用臺(tái)達(dá)公司專用的DOPSoft 組態(tài)軟件。DOPSoft 是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用監(jiān)控組態(tài)軟件，是自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境。它能以靈活多樣的“組態(tài)方式”(而不是編程方式)進(jìn)行系統(tǒng)集成，提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實(shí)現(xiàn)方法。因此，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，主程序流程圖如4所示。

圖4 主程序流程圖

3.2.1 建立監(jiān)控界面

工程共有2 個(gè)窗口:監(jiān)控系統(tǒng)主控畫面窗口和基本參數(shù)設(shè)置窗口?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)控汽車衡的稱重?cái)?shù)據(jù)的變化。窗口如圖5所示。

圖5 界面示意圖

3.2.2 配置I/O 設(shè)備

組態(tài)軟件通過I/O 驅(qū)動(dòng)程序從測(cè)量模塊獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理后，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以數(shù)字方式直觀顯示在觸摸屏上。本系統(tǒng)采用PLC I/O 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)置:I/O 設(shè)備組態(tài)- PLC- 項(xiàng)上雙擊添加設(shè)備驅(qū)動(dòng)，然后在設(shè)備名稱、更新周期、超時(shí)時(shí)間項(xiàng)目上添加設(shè)備名稱PLC 等設(shè)置，周期和超時(shí)時(shí)間默認(rèn)設(shè)置即可。設(shè)備地址與PLC 中設(shè)置的MPI 地址應(yīng)一一對(duì)應(yīng)，即完成了I/O 設(shè)備驅(qū)動(dòng)連接。

3.2.3 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是整個(gè)監(jiān)控軟件的核心，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫點(diǎn)與測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)連接，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、系統(tǒng)信息等以一定的組織形式存儲(chǔ)在SD 卡上。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

4.1 監(jiān)控主界面

通訊狀態(tài):當(dāng)前監(jiān)控終端與稱重儀表通訊狀態(tài)，當(dāng)通訊中斷時(shí)狀態(tài)顯示“異常”;

監(jiān)控狀態(tài):當(dāng)監(jiān)控終端與稱重儀表的差值在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)顯示“正?！?，否則顯示為“CHEAT”。

圖6 監(jiān)控主界面示意圖

4.2 判定參數(shù)設(shè)置界面

點(diǎn)擊屏幕下部星號(hào)位置系統(tǒng)彈出輸入密碼框，密碼正確顯示;

設(shè)定重量目標(biāo)差值:當(dāng)監(jiān)控終端與稱重儀表的稱重?cái)?shù)據(jù)之間的差值超過了該目標(biāo)差值，監(jiān)控狀態(tài)處顯示“CHEAT”，并把相關(guān)數(shù)據(jù)存入到文件中;

根據(jù)重量值判斷下衡:當(dāng)稱重儀表重量值小于該值時(shí)監(jiān)控終端認(rèn)為汽車下衡;

判斷上衡穩(wěn)定時(shí)間:監(jiān)控終端根據(jù)該時(shí)間判斷重量變化是否小于穩(wěn)定變化范圍的值，小于時(shí)系統(tǒng)認(rèn)為汽車完全上衡，否則繼續(xù)等待稱重儀表的數(shù)據(jù)變化。

圖7 判定參數(shù)設(shè)置界面示意圖

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)期間，利用模擬稱重平臺(tái)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行4次稱量測(cè)試，得到表1 數(shù)據(jù)結(jié)果。

表1 稱量測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果 kg

通過以上數(shù)據(jù)可知，本系統(tǒng)準(zhǔn)確度符合III 級(jí)秤要求，與稱重儀表的最大誤差為2 個(gè)分度值，滿足實(shí)際應(yīng)用的準(zhǔn)確度要求。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能在不破壞電子汽車衡硬件的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)監(jiān)控其有無作弊行為，換被動(dòng)追查為主動(dòng)監(jiān)管，一方面可廣泛應(yīng)用于港口碼頭、機(jī)場(chǎng)物流以及冶金、建材、電力、糧食等行業(yè)的大宗貿(mào)易結(jié)算之中，有效保護(hù)相關(guān)企業(yè)的切身利益，維護(hù)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)秩序的有效運(yùn)行;另一方面更能為計(jì)量監(jiān)管部門的電子汽車衡作弊防控和監(jiān)管提供先進(jìn)、準(zhǔn)確、有效的技術(shù)支持，為加快計(jì)量檢測(cè)服務(wù)體系的建立健全特別是強(qiáng)化民生計(jì)量的有效監(jiān)管發(fā)揮積極作用。

［1］國務(wù)院.計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2013-2020年)［C］.北京:2013.

［2］阮懷之.如何防止用電子秤、電子汽車衡來作弊［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2008(8):53-53.

［3］張放，高晏波，李明.電子汽車衡的作弊與防作弊電子汽車衡的作弊與防作弊［J］，衡器，2003(4):18-21.

［4］孫輝，姚礪.電子秤芯片防作弊檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，23(4):353-357.

［5］房開忠.汽車電子衡故障診斷與防作弊裝置研制［D］.成都:電子科技大學(xué)，2008.

［6］彭道剛，張浩，李輝.基于Modbus 協(xié)議的ARM 嵌入式監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2009，29(1):115-119.

［7］宋明權(quán).基于ARM 的嵌入式人機(jī)界面硬件平臺(tái)的開發(fā)［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2005.

［8］龔宇潔.嵌入式HMI 組態(tài)軟件研究與設(shè)計(jì)［D］.武漢:武漢理工大學(xué)，2009.