利用計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件平臺(tái)構(gòu)造地磅的方法簡(jiǎn)單易學(xué)、高效、功能易于擴(kuò)展，其應(yīng) 用前景廣闊。

一、引言

地磅衡重?cái)?shù)據(jù)往往與原材料消耗、貨物貿(mào)易 交接、運(yùn)費(fèi)計(jì)算等密切相關(guān)，因此有關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)需 口與計(jì)算機(jī)相連，把稱重結(jié)果自動(dòng)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，然后進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)等處理，以供信息系統(tǒng)使用。然而 這種情況既需要儀表又需要計(jì)算機(jī)，顯得繁瑣和浪 費(fèi)。為此，在本文中筆者提出一種直接利用計(jì)算機(jī) 來(lái)代替儀表的解決方案，供參考。

二、通用地磅的構(gòu)成

我們先來(lái)分析一下地磅的構(gòu)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(jī)械地中衡和 機(jī)電結(jié)合式地中衡。地磅安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，技 術(shù)成熟，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度高，互換性、通用性強(qiáng)’且 儀表功能多，帶有外置標(biāo)準(zhǔn)接口，通過(guò)功能設(shè)置和 軟件配合，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其基本結(jié)構(gòu) 都是由承重臺(tái)、傳感器、接線盒、儀表等構(gòu)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(hào)，該信號(hào)輸入儀表后，可進(jìn)行放大、 采樣、A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理等，得出最后的稱重結(jié) 果并顯示，也可通過(guò)接口送打印機(jī)打印。接線盒中 有多個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行平衡和補(bǔ)償調(diào)節(jié)的電路。

采用數(shù)字式傳感器的地磅，其信號(hào)放大、采 樣、A/D轉(zhuǎn)換己集成在傳感器內(nèi)部，從傳感器電纜 輸出的是數(shù)字信號(hào)，輸入儀表后，直接進(jìn)行運(yùn)算處 理，得出最后的稱重結(jié)果并顯示或打印。對(duì)多個(gè)數(shù) 字傳感器信號(hào)的平衡和補(bǔ)償由稱重軟件完成。其優(yōu) 點(diǎn)是，數(shù)字信號(hào)傳輸穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，儀表結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化，智能化程度高，可對(duì)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(shì)

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(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)更加先進(jìn)和規(guī) 范的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。具體地說(shuō)，是通過(guò)在計(jì)算 機(jī)上加一組硬件和軟件，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過(guò)程的控 制。硬件是符合某種總線標(biāo)準(zhǔn)如GPIB、VXI等）的 功能單元，主要解決信號(hào)的放大、采樣、輸入和輸出 等問(wèn)題；軟件則是利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的信息處理能 力，完成信號(hào)處理、功能設(shè)置、操作界面設(shè)置等任 務(wù)。

虛擬儀器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在：①人機(jī)界面 友好，可模擬現(xiàn)實(shí)儀器的面板樣式和功能，操作簡(jiǎn) 單易學(xué)；②對(duì)同類被測(cè)對(duì)象的測(cè)量過(guò)程統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)， 工作效率高；③硬件標(biāo)準(zhǔn)化程度高，更新?lián)Q代簡(jiǎn)單； ④軟件模塊化程度高，獨(dú)立性好，儀器功能易于擴(kuò) 展;⑤硬件與軟件相對(duì)獨(dú)立。

四、利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造地磅

從第二章的介紹我們知道，承重臺(tái)、傳感器模 擬或數(shù)字式）、接線盒等是地磅必備的，無(wú)法 用其他技術(shù)來(lái)替代。利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)造地磅的主要任務(wù)是利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件來(lái)代替 儀表功能，并實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)的運(yùn)算處理。

1.硬件結(jié)構(gòu)

對(duì)于地磅來(lái)講，從傳感器到儀表的信號(hào) 是單向的，即都是輸入儀表的，因此構(gòu)造虛擬儀器 硬件時(shí)，只需要設(shè)法將稱重信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)就可滿 足要求。對(duì)于模擬汽車(chē)衡，可以設(shè)計(jì)一塊帶有計(jì)算 機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線接口的信號(hào)采集板，完成稱重信號(hào)（電 壓）的放大、采樣、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、總線接口控制 等功能。對(duì)于數(shù)字式地磅，可設(shè)計(jì)一塊數(shù)據(jù)格式 轉(zhuǎn)換板，將從接線盒傳過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)總線接 口送給計(jì)算機(jī)處理。這組硬件放入計(jì)算機(jī)后，被當(dāng) 作計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備對(duì)待，因此任一臺(tái)計(jì)算機(jī)都可使 用。

2.軟件體系結(jié)構(gòu)

虛擬儀器軟件首先要具備現(xiàn)實(shí)儀器的所有功 能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)充，如：運(yùn)算、匯 總、打印、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享等等。圖1是地磅稱 重軟件流程圖。在現(xiàn)實(shí)儀表中這一流程是靠單片機(jī) 來(lái)完成的，例如Motorola公司的51系列單片機(jī), 8031、8039、8051等等，一般都是8位的單片機(jī)，適 合于工業(yè)控制用，與當(dāng)前流行的32位個(gè)人機(jī)相比， 功能自然差得遠(yuǎn)了。因此，利用高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)稱重 軟件功能非常容易，如VB，VC，Delphi等。另外，隨 著虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)今巳形成了比較成 熟的虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范 （簡(jiǎn)稱 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(yīng) 用軟件。它們是面向?qū)ο蟮莫?dú)立于設(shè)備類型的軟件 體系，包含了許多常用標(biāo)準(zhǔn)儀器的功能模塊，只需 調(diào)用、引用和組合就可組成一臺(tái)功能豐富的虛擬儀 器，如虛擬示波器、虛擬電壓表、虛擬信號(hào)發(fā)生器等 等。再如，對(duì)汽車(chē)衡來(lái)說(shuō)，重要的一條是進(jìn)行斜率 或叫線性）校準(zhǔn)。與此運(yùn)算相關(guān)的參數(shù)有零點(diǎn)、皮 重、量程、分度數(shù)，這時(shí)可直接調(diào)用一個(gè)斜率校準(zhǔn)函 數(shù)，輸入上述參數(shù)后得出校準(zhǔn)后的斜率，存入計(jì)算 機(jī)中，就像存入現(xiàn)實(shí)儀表中一樣。

3.軟面板設(shè)計(jì)

對(duì)一現(xiàn)實(shí)儀器來(lái)說(shuō)，操作面板是用戶與儀器對(duì) 話的手段，直接影響用戶對(duì)儀器的信賴程度。同樣， 對(duì)虛擬儀器來(lái)說(shuō)也是如此，甚至更為重要。一般的 現(xiàn)實(shí)儀器用戶，因習(xí)慣了簡(jiǎn)單的操作按鈕，若突然 間面對(duì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可能會(huì)顯得手足無(wú)措，因此設(shè)計(jì) 一個(gè)好的軟面板，讓用戶無(wú)需改變以前的操作習(xí) 慣，肯定會(huì)受到歡迎。圖2是一臺(tái)虛擬地磅軟面板的樣式，用戶按下命令按鈕就可進(jìn)行相應(yīng)操 作，就像按鍵盤(pán)一樣，唯一不同的是用鼠標(biāo)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(shè)置的一個(gè)窗口，用戶可通過(guò)軟面板直接直觀地了 解儀器的大概功能。一般來(lái)講，設(shè)計(jì)虛擬儀器軟件， 首先要設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)子程序模塊。當(dāng)按 動(dòng)按鈕’就激活了相應(yīng)子程序。

五、需要注意的幾個(gè)問(wèn)題 本文中的方案將計(jì)算機(jī)當(dāng)成了測(cè)試系統(tǒng)的一 部分，既提高了效率、擴(kuò)展了功能，又降低了成本。 但對(duì)衡器產(chǎn)品來(lái)講，還需注意法制管理的問(wèn)題。我 國(guó)計(jì)量法、計(jì)量檢定規(guī)程、國(guó)際法制計(jì)量組織 OIML)的國(guó)際建議等都對(duì)衡器產(chǎn)品的制造、檢驗(yàn)、 試驗(yàn)作了詳細(xì)的規(guī)定，包括技術(shù)性能、安全性能、安 裝要求、環(huán)境要求、穩(wěn)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(xiàn)針對(duì)上述 形式衡器的任何特殊規(guī)定。但有一條是毋庸質(zhì)疑 的，只要是衡器，是計(jì)量器具，就必須接受政府計(jì)量 部門(mén)的監(jiān)督和檢定管理。而計(jì)算機(jī)畢竟比儀表復(fù)雜 得多，其硬件和軟件出現(xiàn)故障的可能性也相對(duì)較 大。因此，建議有關(guān)部門(mén)能專門(mén)制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和檢 定規(guī)程，來(lái)合理規(guī)范和評(píng)價(jià)這類儀器。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(yīng) 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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上巳經(jīng) 出現(xiàn)的微機(jī)動(dòng)態(tài)軌道衡，就是沒(méi)有儀表直接用微機(jī) 顯示和記錄數(shù)據(jù)的，不過(guò)它的稱重軟件是特定的、 專用的，尚不具備通用性和開(kāi)放性。