地磅物聯(lián)網(wǎng)的智能應用

本文結合實(shí)例介紹了地磅物聯(lián)網(wǎng)的構架和應用，探討了如何分析和利用稱(chēng)重設備感知的各種基礎數據，以滿(mǎn)足地磅用戶(hù)遠程數據處理、稱(chēng)重防作弊、保障稱(chēng)重準確性、智能稱(chēng)重等需求。

一、引言

隨著(zhù)智能移動(dòng)設備的普及以及通訊技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)由以往的概念變成了大家習以為常、觸手可及的實(shí)物。安防、電力、交通、醫療、環(huán)境監控、智能家居等等各行各業(yè)都已大量應用了物聯(lián)網(wǎng)。有著(zhù)古老歷史的地磅行業(yè)同樣不甘落后，各種物聯(lián)網(wǎng)概念產(chǎn)品層出不窮。

但是大部分地磅物聯(lián)網(wǎng)應用都是稱(chēng)重數據的簡(jiǎn)單堆砌，只提供了簡(jiǎn)單的重量查看、記錄查詢(xún)等功能，對于某些特定項目，比如多秤稱(chēng)重數據統計、遠程稱(chēng)重數據監控確實(shí)有應用價(jià)值。但是對于絕大多數的稱(chēng)重應用場(chǎng)合而言，這樣的物聯(lián)網(wǎng)功能如同雞肋，并不能成為決定地磅系統價(jià)值的核心因素，也無(wú)法體現物聯(lián)網(wǎng)的真正價(jià)值。

具有普適價(jià)值的地磅物聯(lián)網(wǎng)系統，不僅僅需要實(shí)現稱(chēng)重數據的集成和處理，還需要對整個(gè)衡器系統的數據進(jìn)行更深層次的探索和挖掘，充分滿(mǎn)足生產(chǎn)、監管、服務(wù)甚至用戶(hù)心理等需求，實(shí)現設備、網(wǎng)絡(luò )、生產(chǎn)與人的和諧統一。

應用是地磅物聯(lián)網(wǎng)系統的靈魂，能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，給行業(yè)帶來(lái)價(jià)值的物聯(lián)網(wǎng)才有存在和推廣的意義。

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統通過(guò)對稱(chēng)重儀表和稱(chēng)重傳感器內部的各種狀態(tài)和數據的感知，充分利用網(wǎng)絡(luò )通訊以及云處理技術(shù)，在智能移動(dòng)終端及電腦上實(shí)現了對稱(chēng)重數據的匯總與處理、全方位的作弊監控、地磅健康安全判斷、遠程設備診斷、智能無(wú)人稱(chēng)重等功能，滿(mǎn)足了用戶(hù)便捷、安全、智能稱(chēng)重要求，對地磅物聯(lián)網(wǎng)的應用做出了初步的探索。

二、系統構架

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統的整體構架如圖 1 所示：

系統由智能稱(chēng)重控制器、稱(chēng)重傳感器、稱(chēng)重外設、云服務(wù)器、用戶(hù)客戶(hù)端組成。稱(chēng)重控制器、稱(chēng)重傳感器實(shí)時(shí)采集稱(chēng)重系統的工作電壓、工作電流、通訊狀態(tài)等，形成內部診斷數據；控制器通過(guò)紅外光幕、非接觸式讀卡器、攝像頭等外設實(shí)時(shí)采集稱(chēng)重現場(chǎng)數據，形成外部環(huán)境數據。數據傳輸到云服務(wù)器后，服務(wù)器軟件對所有數據集中處理和分析，將處理結果顯示在用戶(hù)客戶(hù)端或者通過(guò)短信發(fā)送到用戶(hù)手機。

通過(guò)便捷的移動(dòng)通訊技術(shù)，用戶(hù)可以隨時(shí)隨地在手機、計算機客戶(hù)端使用地磅物聯(lián)網(wǎng)的各種智能應用。

三、智能應用

1.稱(chēng)重數據統計與處理

地磅最基本和最主要的功能就是稱(chēng)重，對稱(chēng)重數據的處理是衡器物聯(lián)網(wǎng)系統的基本功能能。傳統稱(chēng)重數據的處理方式，一般有兩種：

（1） 通過(guò)打印機打印出紙質(zhì)稱(chēng)重記錄磅單；（2） 通過(guò)本地通訊接口將稱(chēng)重記錄傳輸到本地電腦存儲。

紙質(zhì)磅單存儲不易，在數據匯總時(shí)極易發(fā)生數據丟失或者統計錯誤的情況，一般只是作為輔助憑證存在。電腦存儲的稱(chēng)重記錄易于保存和統計，但是當涉及到多秤數據的處理，甚至異地數據處理時(shí)，數據的傳輸和集中處理就需要具有專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò )及服務(wù)器知識的人員來(lái)完成，由于服務(wù)器搭建、服務(wù)器維護成本較高，一般都以大型項目的方式來(lái)完成。

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統以分散采集、集中處理的方式對稱(chēng)重數據進(jìn)行處理。稱(chēng)重數據在產(chǎn)生的同時(shí)，通過(guò)稱(chēng)重儀表直接傳輸到云端服務(wù)器。借助于云數據庫及專(zhuān)業(yè)數據庫引擎，可以輕松完成稱(chēng)重記錄的篩選和稱(chēng)重記錄的統計?？蛻?hù)端無(wú)需太強大的處理能力，只需將處理方法發(fā)送到云服務(wù)器，就能獲取稱(chēng)重記錄處理結果。

除了打印重量，過(guò)秤重量也具有重要的意義，用戶(hù)可以直觀(guān)查看地磅的歷史使用情況。根據過(guò)秤重量的統計、歷史超載情況的統計，可以判定地磅的使用情況；通過(guò)歷史過(guò)秤重量規律的分析，可以判斷地磅的健康狀況等等。這些普通地磅無(wú)法保存的稱(chēng)重數據，現在可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到云服務(wù)器，云服務(wù)器經(jīng)過(guò)大數據分析，對地磅健康做出判斷，并根據健康狀況對使用者提出相應的建議。

稱(chēng)重記錄與過(guò)秤記錄可以有機結合如圖 2 所示。根據稱(chēng)重記錄中的記錄時(shí)間，云服務(wù)器可以在過(guò)秤記錄數據中查找到相對應的過(guò)秤記錄。過(guò)秤記錄中的傳感器受力分布可判斷過(guò)秤車(chē)輛是否沒(méi)有正常過(guò)秤、光幕遮擋信息可判斷過(guò)秤車(chē)輛是否沒(méi)有完全上秤、操作記錄可判斷稱(chēng)重記錄是否人工手動(dòng)操作產(chǎn)生、最大過(guò)秤重量可判斷稱(chēng)量過(guò)程是否正常等等，這些都為判斷稱(chēng)重記錄是否正常提供了分析依據。

例如圖 2 的兩個(gè)過(guò)程記錄詳情所示，左圖是正常過(guò)秤時(shí)各傳感器的受力分布，可以看到每個(gè)傳感器的受力分布較為平均，右圖中 1 號傳感器和 7 號傳感器基本沒(méi)有受力。根據傳感器受力對比，可以判斷右圖對應的過(guò)秤記錄是不正常過(guò)秤。

2.全方位的防作弊

用于貿易結算的大型地磅設備，常受到各種作弊手段的困擾，造成用戶(hù)大量的經(jīng)濟損失。防作弊成為當前衡器設備，尤其是用于貿易結算的地磅設備的重要需求。

防作弊方法由作弊檢測、作弊報警通知、作弊處理等組成。

（1）作弊檢測

常見(jiàn)的作弊手段有加裝數字遙控裝置、加裝模擬遙控裝置、更換特制傳感器、不正常上秤、修改儀表系統參數等。針對不同的作弊手段，我們需要用不同方法來(lái)應對。對于安裝數字遙控裝置，地磅設備的防作弊手段，如數字通訊協(xié)議加密、儀表外殼防打開(kāi)、系統阻抗匹配檢測、系統信息匹配檢測等都是基于地磅設備自身的感知，可以檢測出作弊者通過(guò)加裝數字遙控、模擬遙控裝置、更換特制傳感器等方法作弊，但是對于不完全上秤或者多輛車(chē)同時(shí)上秤的作弊方法，則無(wú)能為力了。

物聯(lián)網(wǎng)除了地磅設備已有的各項作弊檢測功能外，還提供了現場(chǎng)圖片查看功能。儀表配備攝像頭后，每次操作產(chǎn)生稱(chēng)重記錄時(shí)，攝像頭都會(huì )自動(dòng)抓拍現場(chǎng)稱(chēng)重圖片，并通過(guò)儀表傳送到云服務(wù)器。如圖 3 所示，在稱(chēng)重記錄詳情里可以遠程查看現場(chǎng)稱(chēng)重圖片，也可以隨時(shí)查看歷史稱(chēng)重圖片，通過(guò)圖片判斷過(guò)秤時(shí)的上秤情況。

稱(chēng)重儀表上任何對系統稱(chēng)量產(chǎn)生影響的操作，比如標定、修改系統標定參數等，都將通過(guò)儀表網(wǎng)絡(luò )上傳到云服務(wù)器，并以安全操作記錄的方式保存，供用戶(hù)查詢(xún)，保障衡器設備的運行安全和稱(chēng)量準確。

（2）作弊報警通知

當發(fā)生作弊情況時(shí)，必須及時(shí)通知用戶(hù)，以減少用戶(hù)的損失。鷹衡物聯(lián)網(wǎng)提供了儀表報警、客戶(hù)端報警、手機短信報警三種報警通知。儀表報警提供了最迅速最直觀(guān)的報警，客戶(hù)端可以對報警信息進(jìn)行集中管理，手機短信報警無(wú)需使用者主動(dòng)打開(kāi)軟件就能收到報警信息，三種手段的結合保證了作弊報警信息的及時(shí)傳達。

（3）作弊處理

為避免造成損失，檢測到作弊時(shí)，必須及時(shí)通知稱(chēng)重現場(chǎng)做出應對。對無(wú)人值守的場(chǎng)合，遠程作弊處理就顯得非常重要，當發(fā)現作弊時(shí)，可以通過(guò)客戶(hù)端終止稱(chēng)重系統的工作，等待專(zhuān)業(yè)人員到達現場(chǎng)處理。

3.地磅健康狀態(tài)判斷

地磅設備發(fā)生故障，表現有很多種，可能會(huì )有顯示出錯、通訊不正常、無(wú)法稱(chēng)量、稱(chēng)量完全不正常等。這些故障由于表現很明顯，普通使用者就能判斷設備是否出錯。還有一類(lèi)故障，比如稱(chēng)臺長(cháng)期超載、稱(chēng)臺受沖擊導致移位、部分關(guān)鍵結構被冰霜凍結、傳感器應變計半橋斷開(kāi)等等，表現為稱(chēng)量不準確。如果變化范圍較小，比如重量增大或減小 1%，這種故障非常難以察覺(jué)，往往經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間稱(chēng)量，累積產(chǎn)生了巨大的誤差后，才會(huì )被發(fā)現，等發(fā)現時(shí)已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的損失。地磅健康狀態(tài)不正常就是指這種稱(chēng)量發(fā)生微小變化，無(wú)法被輕易察覺(jué)的現象。

地磅健康狀態(tài)不正常絕大多數情況是各別傳感器出故障，此時(shí)可以通過(guò)與其他正常的傳感器的對比來(lái)診斷健康狀態(tài)。如果單個(gè)傳感器無(wú)輸出信號，在過(guò)秤記錄中根據其它傳感器的受力情況，可以判定一次過(guò)秤狀態(tài)不正常，當持續出現過(guò)秤狀態(tài)不正常時(shí)，可以判斷設備健康不正常。如果單個(gè)傳感器輸出變量時(shí)，無(wú)法通過(guò)一兩次過(guò)秤數據的分析得出健康狀態(tài)，需要根據過(guò)秤規律，通過(guò)大數據分析，判斷是否健康異常。

通過(guò)地磅物聯(lián)網(wǎng)的應用，地磅健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化可以隨時(shí)通知到地磅廠(chǎng)商、地磅用戶(hù)，為計量準確提供更高的保障。

4.遠程故障診斷

當地磅設備發(fā)生故障時(shí)，表現出來(lái)的故障現象或者使用者的描述往往不足以判斷故障發(fā)生的原因。在地磅廠(chǎng)商進(jìn)行維修時(shí)，如果只是根據經(jīng)驗更換某些部件，可能不能解決根本問(wèn)題，反復維修不能解決問(wèn)題往往是全套更換，不僅造成了不小的經(jīng)濟損失，而且影響了廠(chǎng)家聲譽(yù)，維修經(jīng)驗也得不到積累。

通過(guò)地磅物聯(lián)網(wǎng)，地磅設備可以將所有內部信息傳輸到遠程客戶(hù)端，通過(guò)這些內部信息可以遠程對地磅設備做出初步診斷。比如查看傳感器AD 值，判斷傳感器輸出是否正常；查看傳感器零點(diǎn)值，判斷傳感器零點(diǎn)是否發(fā)生漂移；查看數字傳感器通訊波形，判斷數字傳感器通訊是否正常；查看數字傳感器工作電流，判斷傳感器是否出現斷路或者短路漏電現象；查看儀表內部電壓、儀表參數，判斷儀表工作是否正常等等。

經(jīng)過(guò)遠程故障診斷，可以初步判斷設備故障原因，進(jìn)行故障處理時(shí)，就能做到有的放矢。一些簡(jiǎn)單的故障，甚至可以通過(guò)電話(huà)或者網(wǎng)絡(luò )遠程來(lái)解決。

如圖 4 所示，基于物聯(lián)網(wǎng)儀表的的無(wú)人值守稱(chēng)重系統無(wú)需計算機、稱(chēng)重軟件，使用稱(chēng)重儀表實(shí)現邏輯控制，通過(guò)稱(chēng)重儀表控制所有外設。稱(chēng)重系統產(chǎn)生的稱(chēng)重數據、攝像機采集的現場(chǎng)圖片、讀卡器讀取的車(chē)輛、貨物、收發(fā)貨等信息通過(guò)儀表網(wǎng)絡(luò )上傳到物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，在服務(wù)器對數據進(jìn)行集中處理，最后在手機客戶(hù)端、計算機客戶(hù)端查詢(xún)打印數據。

基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)人值守稱(chēng)重系統有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 省略了計算機、計算機軟件、服務(wù)器、服務(wù)器軟件，大大降低了整體成本；（2） 無(wú)需具有計算機編程能力、服務(wù)器搭建與維護能力，只要按系統邏輯要求設置儀表參數即可實(shí)現無(wú)人值守，降低了技術(shù)準入門(mén)檻；（3） 整個(gè)系統的控制核心是基于工業(yè)設計的稱(chēng)重儀表，提高了系統的可靠性；（4） 充分利用了物聯(lián)網(wǎng)的各項優(yōu)點(diǎn)，如多秤數據的遠程處理、全方位的防作弊、稱(chēng)重設備的健康檢測等

基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)人值守稱(chēng)重系統克服了傳統無(wú)人值守的成本高、技術(shù)專(zhuān)業(yè)的難點(diǎn)，將推動(dòng)無(wú)人值守稱(chēng)重系統的普及與推廣。

5.無(wú)人值守稱(chēng)重應用

無(wú)人值守稱(chēng)重系統整個(gè)稱(chēng)重流程由軟件控制完成，避免了人工操作帶入的誤差，提高了系統的信息化、自動(dòng)化程度，因此受到越來(lái)越多用戶(hù)的親睞。

常見(jiàn)的無(wú)人值守稱(chēng)重系統構成部分主要是稱(chēng)重設備、計算機、視頻監控、打印機、讀卡器、紅綠燈、道閘、稱(chēng)重軟件等組成。其中稱(chēng)重軟件是邏輯控制核心，計算機作為核心設備控制所有外設，稱(chēng)重數據、現場(chǎng)數據采集后，通過(guò)局域網(wǎng)或者以太網(wǎng)傳輸到服務(wù)器，在服務(wù)器對數據集中處理。

6.擴展顯示與輸入應用

段碼顯示是稱(chēng)重控制器常用的顯示方法，但是段碼顯示的內容通常為簡(jiǎn)單的數字和字符，無(wú)法顯示中文、圖片等信息。在物聯(lián)網(wǎng)系統，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )或者藍牙，將稱(chēng)重設備直接連接到客戶(hù)端軟件，可以讓稱(chēng)重設備實(shí)現更豐富簡(jiǎn)便的操作，提供更人性化的人機接口。

（1） 擴展顯示：連接手機、電腦顯示現場(chǎng)過(guò)秤照片、實(shí)時(shí)通訊波形、實(shí)時(shí)設備狀態(tài)、中英文參數內容等等。

（2） 擴展輸入：充分利用手機、電腦的輸入手段，輸入參數、中文信息等等。

（3） 簡(jiǎn)單易用的調試：儀表的調試通常需要有豐富經(jīng)驗的人員完成，需要熟悉儀表的整個(gè)調試流程，熟知儀表顯示代碼的含義。連接手機、電腦后，可以將單個(gè)調試功能以圖文的形式顯示在單個(gè)界面上，通過(guò)軟件的操作引導，只需了解稱(chēng)重的基礎知識就可以上手完成整個(gè)調試。

四、結束語(yǔ)

當稱(chēng)重系統與物聯(lián)網(wǎng)接合后，將迸發(fā)出各種充滿(mǎn)價(jià)值的應用。除了稱(chēng)重設備本身的應用之外，地磅物聯(lián)網(wǎng)還可以實(shí)現運營(yíng)管理、產(chǎn)品管理、營(yíng)銷(xiāo)管理等生產(chǎn)應用。隨著(zhù)產(chǎn)品的使用推廣和技術(shù)的不斷進(jìn)步，在不久的將來(lái)會(huì )有更多的應用被發(fā)掘，為地磅行業(yè)和地磅用戶(hù)帶來(lái)更多的價(jià)值。