地磅物聯(lián)網(wǎng)的智能應用

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

一、引言

隨著智能移動設備的普及以及通訊技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)由以往的概念變成了大家習以為常、觸手可及的實物。安防、電力、交通、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)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)概念產品層出不窮。

但是大部分地磅物聯(lián)網(wǎng)應用都是稱重數(shù)據(jù)的簡單堆砌，只提供了簡單的重量查看、記錄查詢等功能，對于某些特定項目，比如多秤稱重數(shù)據(jù)統(tǒng)計、遠程稱重數(shù)據(jù)監(jiān)控確實有應用價值。但是對于絕大多數(shù)的稱重應用場合而言，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(tǒng)價值的核心因素，也無法體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的真正價值。

具有普適價值的地磅物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不僅僅需要實現(xiàn)稱重數(shù)據(jù)的集成和處理，還需要對整個衡器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行更深層次的探索和挖掘，充分滿足生產、監(jiān)管、服務甚至用戶心理等需求，實現(xiàn)設備、網(wǎng)絡、生產與人的和諧統(tǒng)一。

應用是地磅物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的靈魂，能滿足用戶的需求，給行業(yè)帶來價值的物聯(lián)網(wǎng)才有存在和推廣的意義。

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過對稱重儀表和稱重傳感器內部的各種狀態(tài)和數(shù)據(jù)的感知，充分利用網(wǎng)絡通訊以及云處理技術，在智能移動終端及電腦上實現(xiàn)了對稱重數(shù)據(jù)的匯總與處理、全方位的作弊監(jiān)控、地磅健康安全判斷、遠程設備診斷、智能無人稱重等功能，滿足了用戶便捷、安全、智能稱重要求，對地磅物聯(lián)網(wǎng)的應用做出了初步的探索。

二、系統(tǒng)構架

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體構架如圖 1 所示：

系統(tǒng)由智能稱重控制器、稱重傳感器、稱重外設、云服務器、用戶客戶端組成。稱重控制器、稱重傳感器實時采集稱重系統(tǒng)的工作電壓、工作電流、通訊狀態(tài)等，形成內部診斷數(shù)據(jù)；控制器通過紅外光幕、非接觸式讀卡器、攝像頭等外設實時采集稱重現(xiàn)場數(shù)據(jù)，形成外部環(huán)境數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品掌骱?，服務器軟件對所有?shù)據(jù)集中處理和分析，將處理結果顯示在用戶客戶端或者通過短信發(fā)送到用戶手機。

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

三、智能應用

1.稱重數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理

地磅最基本和最主要的功能就是稱重，對稱重數(shù)據(jù)的處理是衡器物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本功能能。傳統(tǒng)稱重數(shù)據(jù)的處理方式，一般有兩種：

（1） 通過打印機打印出紙質稱重記錄磅單；（2） 通過本地通訊接口將稱重記錄傳輸?shù)奖镜仉娔X存儲。

紙質磅單存儲不易，在數(shù)據(jù)匯總時極易發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或者統(tǒng)計錯誤的情況，一般只是作為輔助憑證存在。電腦存儲的稱重記錄易于保存和統(tǒng)計，但是當涉及到多秤數(shù)據(jù)的處理，甚至異地數(shù)據(jù)處理時，數(shù)據(jù)的傳輸和集中處理就需要具有專業(yè)網(wǎng)絡及服務器知識的人員來完成，由于服務器搭建、服務器維護成本較高，一般都以大型項目的方式來完成。

地磅物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以分散采集、集中處理的方式對稱重數(shù)據(jù)進行處理。稱重數(shù)據(jù)在產生的同時，通過稱重儀表直接傳輸?shù)皆贫朔掌?。借助于云?shù)據(jù)庫及專業(yè)數(shù)據(jù)庫引擎，可以輕松完成稱重記錄的篩選和稱重記錄的統(tǒng)計。客戶端無需太強大的處理能力，只需將處理方法發(fā)送到云服務器，就能獲取稱重記錄處理結果。

除了打印重量，過秤重量也具有重要的意義，用戶可以直觀查看地磅的歷史使用情況。根據(jù)過秤重量的統(tǒng)計、歷史超載情況的統(tǒng)計，可以判定地磅的使用情況；通過歷史過秤重量規(guī)律的分析，可以判斷地磅的健康狀況等等。這些普通地磅無法保存的稱重數(shù)據(jù)，現(xiàn)在可以通過物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到云服務器，云服務器經過大數(shù)據(jù)分析，對地磅健康做出判斷，并根據(jù)健康狀況對使用者提出相應的建議。

稱重記錄與過秤記錄可以有機結合如圖 2 所示。根據(jù)稱重記錄中的記錄時間，云服務器可以在過秤記錄數(shù)據(jù)中查找到相對應的過秤記錄。過秤記錄中的傳感器受力分布可判斷過秤車輛是否沒有正常過秤、光幕遮擋信息可判斷過秤車輛是否沒有完全上秤、操作記錄可判斷稱重記錄是否人工手動操作產生、最大過秤重量可判斷稱量過程是否正常等等，這些都為判斷稱重記錄是否正常提供了分析依據(jù)。

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

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，造成用戶大量的經濟損失。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

常見的作弊手段有加裝數(shù)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(tǒng)參數(shù)等。針對不同的作弊手段，我們需要用不同方法來應對。對于安裝數(shù)字遙控裝置，地磅設備的防作弊手段，如數(shù)字通訊協(xié)議加密、儀表外殼防打開、系統(tǒng)阻抗匹配檢測、系統(tǒng)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加裝數(shù)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同時上秤的作弊方法，則無能為力了。

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(xiàn)場圖片查看功能。儀表配備攝像頭后，每次操作產生稱重記錄時，攝像頭都會自動抓拍現(xiàn)場稱重圖片，并通過儀表傳送到云服務器。如圖 3 所示，在稱重記錄詳情里可以遠程查看現(xiàn)場稱重圖片，也可以隨時查看歷史稱重圖片，通過圖片判斷過秤時的上秤情況。

稱重儀表上任何對系統(tǒng)稱量產生影響的操作，比如標定、修改系統(tǒng)標定參數(shù)等，都將通過儀表網(wǎng)絡上傳到云服務器，并以安全操作記錄的方式保存，供用戶查詢，保障衡器設備的運行安全和稱量準確。

（2）作弊報警通知

當發(fā)生作弊情況時，必須及時通知用戶，以減少用戶的損失。鷹衡物聯(lián)網(wǎng)提供了儀表報警、客戶端報警、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的報警，客戶端可以對報警信息進行集中管理，手機短信報警無需使用者主動打開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傳達。

（3）作弊處理

為避免造成損失，檢測到作弊時，必須及時通知稱重現(xiàn)場做出應對。對無人值守的場合，遠程作弊處理就顯得非常重要，當發(fā)現(xiàn)作弊時，可以通過客戶端終止稱重系統(tǒng)的工作，等待專業(yè)人員到達現(xiàn)場處理。

3.地磅健康狀態(tài)判斷

地磅設備發(fā)生故障，表現(xiàn)有很多種，可能會有顯示出錯、通訊不正常、無法稱量、稱量完全不正常等。這些故障由于表現(xiàn)很明顯，普通使用者就能判斷設備是否出錯。還有一類故障，比如稱臺長期超載、稱臺受沖擊導致移位、部分關鍵結構被冰霜凍結、傳感器應變計半橋斷開等等，表現(xiàn)為稱量不準確。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，往往經過長時間稱量，累積產生了巨大的誤差后，才會被發(fā)現(xiàn)，等發(fā)現(xiàn)時已經產生了巨大的損失。地磅健康狀態(tài)不正常就是指這種稱量發(fā)生微小變化，無法被輕易察覺的現(xiàn)象。

地磅健康狀態(tài)不正常絕大多數(shù)情況是各別傳感器出故障，此時可以通過與其他正常的傳感器的對比來診斷健康狀態(tài)。如果單個傳感器無輸出信號，在過秤記錄中根據(jù)其它傳感器的受力情況，可以判定一次過秤狀態(tài)不正常，當持續(xù)出現(xiàn)過秤狀態(tài)不正常時，可以判斷設備健康不正常。如果單個傳感器輸出變量時，無法通過一兩次過秤數(shù)據(jù)的分析得出健康狀態(tài)，需要根據(jù)過秤規(guī)律，通過大數(shù)據(jù)分析，判斷是否健康異常。

通過地磅物聯(lián)網(wǎng)的應用，地磅健康狀態(tài)的實時變化可以隨時通知到地磅廠商、地磅用戶，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，表現(xiàn)出來的故障現(xiàn)象或者使用者的描述往往不足以判斷故障發(fā)生的原因。在地磅廠商進行維修時，如果只是根據(jù)經驗更換某些部件，可能不能解決根本問題，反復維修不能解決問題往往是全套更換，不僅造成了不小的經濟損失，而且影響了廠家聲譽，維修經驗也得不到積累。

通過地磅物聯(lián)網(wǎng)，地磅設備可以將所有內部信息傳輸?shù)竭h程客戶端，通過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；查看傳感器零點值，判斷傳感器零點是否發(fā)生漂移；查看數(shù)字傳感器通訊波形，判斷數(shù)字傳感器通訊是否正常；查看數(shù)字傳感器工作電流，判斷傳感器是否出現(xiàn)斷路或者短路漏電現(xiàn)象；查看儀表內部電壓、儀表參數(shù)，判斷儀表工作是否正常等等。

經過遠程故障診斷，可以初步判斷設備故障原因，進行故障處理時，就能做到有的放矢。一些簡單的故障，甚至可以通過電話或者網(wǎng)絡遠程來解決。

如圖 4 所示，基于物聯(lián)網(wǎng)儀表的的無人值守稱重系統(tǒng)無需計算機、稱重軟件，使用稱重儀表實現(xiàn)邏輯控制，通過稱重儀表控制所有外設。稱重系統(tǒng)產生的稱重數(shù)據(jù)、攝像機采集的現(xiàn)場圖片、讀卡器讀取的車輛、貨物、收發(fā)貨等信息通過儀表網(wǎng)絡上傳到物聯(lián)網(wǎng)云服務器，在服務器對數(shù)據(jù)進行集中處理，最后在手機客戶端、計算機客戶端查詢打印數(shù)據(jù)。

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

基于物聯(lián)網(wǎng)的無人值守稱重系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)無人值守的成本高、技術專業(yè)的難點，將推動無人值守稱重系統(tǒng)的普及與推廣。

5.無人值守稱重應用

無人值守稱重系統(tǒng)整個稱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(tǒng)的信息化、自動化程度，因此受到越來越多用戶的親睞。

常見的無人值守稱重系統(tǒng)構成部分主要是稱重設備、計算機、視頻監(jiān)控、打印機、讀卡器、紅綠燈、道閘、稱重軟件等組成。其中稱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，稱重數(shù)據(jù)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后，通過局域網(wǎng)或者以太網(wǎng)傳輸?shù)椒掌?，在服務器對?shù)據(jù)集中處理。

6.擴展顯示與輸入應用

段碼顯示是稱重控制器常用的顯示方法，但是段碼顯示的內容通常為簡單的數(shù)字和字符，無法顯示中文、圖片等信息。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡或者藍牙，將稱重設備直接連接到客戶端軟件，可以讓稱重設備實現(xiàn)更豐富簡便的操作，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(xiàn)場過秤照片、實時通訊波形、實時設備狀態(tài)、中英文參數(shù)內容等等。

（2） 擴展輸入：充分利用手機、電腦的輸入手段，輸入?yún)?shù)、中文信息等等。

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

四、結束語

當稱重系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)接合后，將迸發(fā)出各種充滿價值的應用。除了稱重設備本身的應用之外，地磅物聯(lián)網(wǎng)還可以實現(xiàn)運營管理、產品管理、營銷管理等生產應用。隨著產品的使用推廣和技術的不斷進步，在不久的將來會有更多的應用被發(fā)掘，為地磅行業(yè)和地磅用戶帶來更多的價值。