針對目前汽車衡軟件作弊問題，研制一套可在實際運行工況下實時監(jiān)測稱重數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 A /D 稱重模塊測量重量參數(shù)，基于人機界面架構(gòu)，應(yīng)用組態(tài)軟件開發(fā)設(shè)計，選用 SD 卡存儲實時數(shù)據(jù)，結(jié)合 3G 通信模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳輸功能。測試結(jié)果表明: 該系統(tǒng)不僅架構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定，而且各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，具有良好的可靠性和應(yīng)用前景。

0.引言

汽車衡作為一種準(zhǔn)確、方便、快捷的稱重計量設(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數(shù)據(jù)從而非法獲利，這種作弊行為給企業(yè)和個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)重的活動之一，也是我國計量監(jiān)管的重點對象。在國務(wù)院計量發(fā)展規(guī)劃 ( 2013 ～ 2020 年) 中也明確提出“加強計量作弊防控技術(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.汽車衡的作弊原理

汽車衡是質(zhì)量計量中的一種常用計量設(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，經(jīng)信放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值。

目前再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值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，這種作弊方式主要是將一電阻與遙控接收裝置串聯(lián)在傳感器的激勵電壓正端線中，然后通過遙控裝置對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)到修改電信號的目的 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密碼，就可以通過按下不同的按鍵得到不同倍數(shù)的稱重數(shù)據(jù)，從而達(dá)到修改稱重結(jié)果的目的 。

雖然已經(jīng)有科研人員提出了多種“再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值的防作弊裝置系統(tǒng)”，但這些系統(tǒng)大多采用傳感信號監(jiān)測技術(shù)、紅外定位技術(shù)、視頻識別技術(shù)，針對遙控作弊以及人為操作作弊的方式進(jìn)行監(jiān)控，對于軟件作弊，這類系統(tǒng)是無法進(jìn)行有效監(jiān)控的。

因此針對軟件作弊的問題，本文設(shè)計一套不改變再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值硬件結(jié)構(gòu)又能實時監(jiān)控的系統(tǒng)，分別通過觸摸屏顯示、SD 卡儲存實時稱重數(shù)據(jù)及監(jiān)控情況、3G 通信模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。

2.系統(tǒng)總體方案

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

該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點: ①體積小，造價低，核心控制單元僅需要一個人機控制設(shè)備; ② 系統(tǒng)采用ＲS485 總線作為控制單元和測量單元之間的通信方式，具備極強的抗干擾能力，能保證極低的出錯率; ③人機控制設(shè)備中設(shè)定一個數(shù)據(jù)保存機制，所有測得的數(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)計與實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計

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

3. 1. 1 測量模塊

測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，同時支持 232 與 485 通

訊，支持 GM 協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn) ModBus ＲTU /ASCII 等協(xié)議，，測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。

3. 1. 2 人機控制設(shè)備

人機控制設(shè)備硬件組成如圖 3 所示。

1) MCU

處理器選用了 S3C2416X 32 位 ＲISC 處理器，該處理器基于 AＲM926EJ 內(nèi)核實現(xiàn)了 MMU，AMBA 總線和哈佛緩存結(jié)構(gòu)，具有獨立的 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)備提供了一個高性價比、低功耗、高性能的解決方案。

2) 存儲器

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。兩個通信接口，用于實現(xiàn)與測量模塊、汽車衡的通信，COM0:  ＲS232，COM1: ＲS485。另外還包含了一個SD /MMC 卡接口和一個 USB2. 0 接口。

3. 2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用臺達(dá)公司專用的 DOPSoft 組態(tài)軟件。DOPSoft 是對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用監(jiān)控組態(tài)軟件，是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(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現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能，主程序流程圖如 4 所示。

3.2. 1  建立監(jiān)控界面

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

3.2. 2  配置 I /O 設(shè)備

組態(tài)軟件通過 I /O 驅(qū)動程序從測量模塊獲得實時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理后，實時數(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)動程序的設(shè)置: I /O 設(shè)備組態(tài) － PLC － 項上雙擊添加設(shè)備驅(qū)動，然后在設(shè)備名稱、更新周期、超時時間項目上添加設(shè)備名稱 PLC 等設(shè)置，周期和超時時間默認(rèn)設(shè)置即可。設(shè)備地址與 PLC 中設(shè)置的 MPI 地址應(yīng)一一對應(yīng)，即完成了 I /O 設(shè)備驅(qū)動連接。

3. 2. 3 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是整個監(jiān)控軟件的核心，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫點與測量模塊的數(shù)據(jù)連接，將實時數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、系統(tǒng)信息等以一定的組織形式存儲在 SD 卡上。

4.實驗測試

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)時顯示“正常”，否則顯示為“CHEAT”。

4.2  判定參數(shù)設(shè)置界面

點擊屏幕下部星號位置系統(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數(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監(jiān)控終端認(rèn)為汽車下衡;

判斷上衡穩(wěn)定時間: 監(jiān)控終端根據(jù)該時間判斷重量變化是否小于穩(wěn)定變化范圍的值，小于時系統(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。

4.3  實驗結(jié)果

在實驗期間，利用模擬稱重平臺對本系統(tǒng)進(jìn)行 4次稱量測試，得到表 1 數(shù)據(jù)結(jié)果。

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

5.結(jié)束語

本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)能在不破壞汽車衡硬硬件的基礎(chǔ)上實時監(jiān)控其有無作弊行為，換被動追查為主動監(jiān)管，一方面可廣泛應(yīng)用于港口碼頭、機場物流以及冶金、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)市場經(jīng)濟(jì)秩序的有效運行; 另一方面更能為計量監(jiān)管部門的汽車衡硬作弊防控和監(jiān)管提供先進(jìn)、準(zhǔn)確、有效的技術(shù)支持，為加快計量檢測服務(wù)體系的建立健全特別是強化民生計量的有效監(jiān)管發(fā)揮積極作用。