利用計算機和虛擬儀器軟件平臺構造地磅的方法簡(jiǎn)單易學(xué)、高效、功能易于擴展，其應 用前景廣闊。

一、引言

地磅衡重數據往往與原材料消耗、貨物貿易 交接、運費計算等密切相關(guān)，因此有關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)需 口與計算機相連，把稱(chēng)重結果自動(dòng)錄入數據庫，然后進(jìn)行匯總統計等處理，以供信息系統使用。然而 這種情況既需要儀表又需要計算機，顯得繁瑣和浪 費。為此，在本文中筆者提出一種直接利用計算機 來(lái)代替儀表的解決方案，供參考。

二、通用地磅的構成

我們先來(lái)分析一下地磅的構成。地磅近十年來(lái)發(fā)展速度很快，在港口、礦山、貨場(chǎng)等 場(chǎng)合用途廣泛，巳基本取代了杠桿式機械地中衡和 機電結合式地中衡。地磅安裝維護簡(jiǎn)單，技 術(shù)成熟，產(chǎn)品標準化程度高，互換性、通用性強’且 儀表功能多，帶有外置標準接口，通過(guò)功能設置和 軟件配合，可與計算機進(jìn)行數據傳輸。其基本結構 都是由承重臺、傳感器、接線(xiàn)盒、儀表等構成。

采用模擬式傳感器的汽車(chē)衡，從傳感器電纜輸 出的是電壓信號，該信號輸入儀表后，可進(jìn)行放大、 采樣、A/D轉換、運算處理等，得出最后的稱(chēng)重結 果并顯示，也可通過(guò)接口送打印機打印。接線(xiàn)盒中 有多個(gè)傳感器信號進(jìn)行平衡和補償調節的電路。

采用數字式傳感器的地磅，其信號放大、采 樣、A/D轉換己集成在傳感器內部，從傳感器電纜 輸出的是數字信號，輸入儀表后，直接進(jìn)行運算處 理，得出最后的稱(chēng)重結果并顯示或打印。對多個(gè)數 字傳感器信號的平衡和補償由稱(chēng)重軟件完成。其優(yōu) 點(diǎn)是，數字信號傳輸穩定，抗干擾能力強，儀表結構 簡(jiǎn)化，智能化程度高，可對某些傳感器的故障進(jìn)行 自動(dòng)診斷。而缺點(diǎn)是成本高，價(jià)格昂貴。

三、虛擬儀器及技術(shù)優(yōu)勢

虛擬儀器是在硬件技術(shù)不斷向高性能、模塊 化、智能化方向發(fā)展，系統總線(xiàn)標準更加先進(jìn)和規 范的基礎上發(fā)展起來(lái)的。具體地說(shuō)，是通過(guò)在計算 機上加一組硬件和軟件，來(lái)實(shí)現對測量過(guò)程的控 制。硬件是符合某種總線(xiàn)標準如GPIB、VXI等）的 功能單元，主要解決信號的放大、采樣、輸入和輸出 等問(wèn)題；軟件則是利用計算機的強大的信息處理能 力，完成信號處理、功能設置、操作界面設置等任 務(wù)。

虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢主要表現在：①人機界面 友好，可模擬現實(shí)儀器的面板樣式和功能，操作簡(jiǎn) 單易學(xué)；②對同類(lèi)被測對象的測量過(guò)程統一、標準， 工作效率高；③硬件標準化程度高，更新?lián)Q代簡(jiǎn)單； ④軟件模塊化程度高，獨立性好，儀器功能易于擴 展;⑤硬件與軟件相對獨立。

四、利用虛擬儀器技術(shù)構造地磅

從第二章的介紹我們知道，承重臺、傳感器模 擬或數字式）、接線(xiàn)盒等是地磅必備的，無(wú)法 用其他技術(shù)來(lái)替代。利用虛擬儀器技術(shù)構造地磅的主要任務(wù)是利用計算機硬件和軟件來(lái)代替 儀表功能，并實(shí)現稱(chēng)重數據的運算處理。

1.硬件結構

對于地磅來(lái)講，從傳感器到儀表的信號 是單向的，即都是輸入儀表的，因此構造虛擬儀器 硬件時(shí)，只需要設法將稱(chēng)重信號輸入計算機就可滿(mǎn) 足要求。對于模擬汽車(chē)衡，可以設計一塊帶有計算 機標準總線(xiàn)接口的信號采集板，完成稱(chēng)重信號（電 壓）的放大、采樣、濾波、A/D轉換、總線(xiàn)接口控制 等功能。對于數字式地磅，可設計一塊數據格式 轉換板，將從接線(xiàn)盒傳過(guò)來(lái)的數字信號通過(guò)總線(xiàn)接 口送給計算機處理。這組硬件放入計算機后，被當 作計算機標準設備對待，因此任一臺計算機都可使 用。

2.軟件體系結構

虛擬儀器軟件首先要具備現實(shí)儀器的所有功 能，在此基礎上進(jìn)一步實(shí)現功能擴充，如：運算、匯 總、打印、網(wǎng)絡(luò )數據共享等等。圖1是地磅稱(chēng) 重軟件流程圖。在現實(shí)儀表中這一流程是靠單片機 來(lái)完成的，例如Motorola公司的51系列單片機, 8031、8039、8051等等，一般都是8位的單片機，適 合于工業(yè)控制用，與當前流行的32位個(gè)人機相比， 功能自然差得遠了。因此，利用高級語(yǔ)言實(shí)現稱(chēng)重 軟件功能非常容易，如VB，VC，Delphi等。另外，隨 著(zhù)虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，當今巳形成了比較成 熟的虛擬儀器軟件體系結構標準或規范 （簡(jiǎn)稱(chēng) VISA—virtual instrument soft architecture )，有的公 司巳推出了非常實(shí)用、功能非常豐富的虛擬儀器應 用軟件。它們是面向對象的獨立于設備類(lèi)型的軟件 體系，包含了許多常用標準儀器的功能模塊，只需 調用、引用和組合就可組成一臺功能豐富的虛擬儀 器，如虛擬示波器、虛擬電壓表、虛擬信號發(fā)生器等 等。再如，對汽車(chē)衡來(lái)說(shuō)，重要的一條是進(jìn)行斜率 或叫線(xiàn)性）校準。與此運算相關(guān)的參數有零點(diǎn)、皮 重、量程、分度數，這時(shí)可直接調用一個(gè)斜率校準函 數，輸入上述參數后得出校準后的斜率，存入計算 機中，就像存入現實(shí)儀表中一樣。

3.軟面板設計

對一現實(shí)儀器來(lái)說(shuō)，操作面板是用戶(hù)與儀器對 話(huà)的手段，直接影響用戶(hù)對儀器的信賴(lài)程度。同樣， 對虛擬儀器來(lái)說(shuō)也是如此，甚至更為重要。一般的 現實(shí)儀器用戶(hù)，因習慣了簡(jiǎn)單的操作按鈕，若突然 間面對一臺計算機可能會(huì )顯得手足無(wú)措，因此設計 一個(gè)好的軟面板，讓用戶(hù)無(wú)需改變以前的操作習 慣，肯定會(huì )受到歡迎。圖2是一臺虛擬地磅軟面板的樣式，用戶(hù)按下命令按鈕就可進(jìn)行相應操 作，就像按鍵盤(pán)一樣，唯一不同的是用鼠標點(diǎn)擊而不是用手指直接按。

從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，軟面板也是虛擬儀器功能 設置的一個(gè)窗口，用戶(hù)可通過(guò)軟面板直接直觀(guān)地了 解儀器的大概功能。一般來(lái)講，設計虛擬儀器軟件， 首先要設計好軟面板，確定面板上有哪些命令按 鈕，哪些顯示信息，然后分別設計子程序模塊。當按 動(dòng)按鈕’就激活了相應子程序。

五、需要注意的幾個(gè)問(wèn)題 本文中的方案將計算機當成了測試系統的一 部分，既提高了效率、擴展了功能，又降低了成本。 但對衡器產(chǎn)品來(lái)講，還需注意法制管理的問(wèn)題。我 國計量法、計量檢定規程、國際法制計量組織 OIML)的國際建議等都對衡器產(chǎn)品的制造、檢驗、 試驗作了詳細的規定，包括技術(shù)性能、安全性能、安 裝要求、環(huán)境要求、穩定性、抗電磁干擾能力等等。 筆者在檢索這些資料的過(guò)程中，沒(méi)有發(fā)現針對上述 形式衡器的任何特殊規定。但有一條是毋庸質(zhì)疑 的，只要是衡器，是計量器具，就必須接受政府計量 部門(mén)的監督和檢定管理。而計算機畢竟比儀表復雜 得多，其硬件和軟件出現故障的可能性也相對較 大。因此，建議有關(guān)部門(mén)能專(zhuān)門(mén)制定相應標準和檢 定規程，來(lái)合理規范和評價(jià)這類(lèi)儀器。從今后技術(shù) 發(fā)展角度來(lái)看，虛擬儀器必將會(huì )得到更廣泛的應 用，尤其是汽車(chē)衡、軌道衡等有固定使用場(chǎng)所的衡 器，特別適合向這種形式發(fā)展。國內外市場(chǎng)上巳經(jīng) 出現的微機動(dòng)態(tài)軌道衡，就是沒(méi)有儀表直接用微機 顯示和記錄數據的，不過(guò)它的稱(chēng)重軟件是特定的、 專(zhuān)用的，尚不具備通用性和開(kāi)放性。