CN1019998C - 电子计数秤 - Google Patents

Abstract

一种从项目的测重中得到项目个数的电子计数电平，该装置包括：测重单元，第一和第二单位重量存贮器，估计所补充的项目数的计算器，输入项目的变化系数的输入单元，无误差计算最大项目个数的最大可加数存贮器，比较最大项目数与估计项目数的第一和第二比较器，存贮计算器估计的数目和与补充项目重量有关的数据的采样数据存贮器，估计两种单位重量以更新第一和第二单位重量存贮器的单位重量计算器。

Description

本发明涉及一种电子计数秤，特别是一种用计算机处理的电子秤，它通过用估算的单位重量，也即每个称重物品被估算的平均重量去除被测重量这样的算术运算所测得的物品重量，来导出物品的数目。

不言而喻，这种电子计数秤的精度本质上取决于估算的单位重量的准确性。基于这一点，已经设计了许多估算单位重量的计算方法，大致可分为两种方法。

其中一种方法是，首先对预先确定了数量的取样物品进行秤重，以估算全部物品中每一个的平均重量，这些物品的数量是已计数过的。用上述预定的已知数量去除被测重量得到该平均重量。这样，把所得到的平均重量用作基本单位重量以计算出全部物品的数量。得到该单位重量之后，再把不知数量的其余物品放到计数秤上，称出全部物品的总重量，然后用单位重量去除总重量。就可以得到全部物品的总数。

采用这个方法，由于单位重量可靠性的缘故，就要求上述选择的预定数量尽可能的大，所以，要计数的物品数随着取样物品数的增加而增加。因此，这种方法一个严重缺点就是对于大数量的取样物品最初的不用仪器的（noninstrumental）计数运算不仅麻烦而且容易数错。

另外一种方法是，如欧洲专利0091274号所记载，在对一些已知数量的物品称重并采用前述获取单位重量的方法同样的估算出 第一单位重量之后，再装上第一不知数量的物品，测出第一新的总重量，然后用第一单位重量去除第一新的总重量，得出现有物品的总数量。下一步，用第二单位重量代替第一单位重量，第二单位重量可用现有的物品总数量去除上述新的总重量估算出来。然后，再装上第二不知数量的物品，测出第二新的总重量，并且用第二单位重量去除第二新的总重量，得出迄今称重的全部物品总数。类似的物品计数过程通过连续装上物品并反复更换单位重量，直至全部预定物品的总数记数完毕。

在以上的物品计数方法中，每个估算的单位重量的可靠性基本上取决于每次添放物品的数量。每一次允许添放物品的最大数量当然取决于所考虑的物品重量的变差系数C_ν，60-31023号日本公开专利申请披露了一种办法，以假设的正常分布确定在0.997概率上的最大允许添放物品的数量，从而保证估算的单位重量具有确定的准确性。但是，这个方法仍然存在一个问题，就是如果重量变差系数C_ν超过百分之二或三，上述的最大允许添放数量不能太大，否则会明显降低连续物品计数运算的总效果。

本发明的目的在于解决上述普通电子物品计数秤存在的问题，并提供一种改进的电子计数秤，该计数秤能够把计数误差限制在任何所需固定值的范围内。

本发明的另一个目的是提供一种电子计数秤，它能够根据增加计数误差的宽度来提高最大物品允许添放数量，而不会降低由增加误差的宽度所确定的计数精度。

方框图1，图2和图3所示的三种不同系统可构成本发明，以实现上述发明目的。

图1所示的第一系统及图2所示的第二系统它们部分地由相同的部分组成，它们是：a）称重装置A，用来确定放在它上面的物品重量;b）单位重量存贮器B，用来存贮物品单位重量μ;c）加数计算装置C，利用称重装置A的输出W和单位重量存贮器B的专用信息μ，对添加到称重装置A上的物品的数量进行计算;d）求和数存贮器D，用于存贮加到已存贮的数中的同样物品的添加数量K;e）单位重量计算装置E，利用称重装置A的输出W和求和数存贮器D的信息T计算新的单位重量，以便更换单位重量存贮器B的信息μ。f）CV输入装置F，用来输入计完数量的物品重量值的已知“变差系数”C_ν和g）比较器G。

除上述各部分之外，第一系统（图1）还包括一个最大可添加数量计算装置H，它根据输入到CV输入装置F的C_ν，计算物品的最大可添加数量K，即保持物品计数无误差几率不低于预定数值P₀的最大物品添加量。比较器G把上述最大可添加数量K与由添加数量计算装置C算得的添加数量k进行比较。在这个第一系统中，单位重量计算装置E和总数量存贮器D应设计成，只有当比较器判断k不大于K时，才执行它们的上述多种功能。

另一方面，第二系统（图2）除包括各共同的部分A到G之外，还包括一个最大可添加数量计算及存贮装置R和一个显示器S。最大可添加数量计算及存贮装置R，根据最初装上的物品数量K₀和迄今添上的物品总数，计算最大可添加数量K_i（i＝1，2，……，N），并存贮它们，最大可添加数量K_i即确保第i次添放物品计数无误差几率不低于预定数值P₀的添加量。比较器G把k_i与K_i进行比较，k_i是第i次添放物品的数量，也就是添加数量计算装置C输出。比 较器G比较所得结果显示在显示器S上。根据显示的结果，人为控制增加或减少添放物品的数量。

图3所示的第三系统具有与前面两个系统共同部分，即称重装置A，添加数量计算装置C，单位重量计算装置E和CV输入装置F，此外，它还包括第一和第二单位重量存贮器B₁和B₂，添加数量计算装置C，单位重量计算装置E，第一和第二比较器G₁和G₂，最大可添加数量计算装置H（也包括在第一系统中）和一个取样数据存贮器L。最大可添加数量计算装置H估算第i个最大可添加数量Ki，量K保持物品计数的误差在预定数量范围之内的几率不会低于一个预定值。根据输入到CV输入装置F的C_ν和由添加数量计算装置在第（i-1）次添加物品时计算的数目N_i-1来计算K_i。取样数据存贮器L存贮每一添加数量及其相应的添加重量。所说的每个添加数（由添加数量计算装置C）通过第i次添加的物品来估算。为更换第一和第二重量存贮器B₁和B₂的内容，单位重量计算装置E根据取样数据存贮器L所存的两个不同数据，来估算单位重量值μ_A和μ_B。第二比较器G₂把在第i次添加物品时估算的添加数量k_A与k_B进行比较，同时，第一比较器G₁把k_B（来自添加数量计算装置C）和K（由最大可添加数量计算装置H计算的最大可添加数量）进行比较。在按上面概述构成的该第三系统中，只有当第一和第二比较器G₁和G₂判断所估算的添加数k_A（或k_B）不大于K，同时k_A等于k_B时，所估算的添加数量k_A（或k_B）和添加重量W₁才会存贮到取样数据存贮器L中，并分别加到迄今已存的总数中去，与此同时，单位重量计算装置E估算新的μ_A和μ_B值，使该系统为下一次添加物品做好准备。

下面简要地叙述本发明所依据的理论。

假设数目为N（μ，σ²）的物品的重量值的分布遵从一种正常（高斯）分布，这里μ和σ分别是平均重量和标准偏差。并考虑这样的情况：首先取出n个物品为样品并称重，估算出物品的单位重量，其次，取出已知的k个数量的物品进行称重，用先前估算出的单位重量去除k个物品的重量，估算出数量k。既然这样，通过一系列的简单统计运算，很容易证明在估算数量k时发生的误差ξ（随机变量）的期望值为零（即估算数量的期望值为k），而且ξ的标准偏差α为：

$\mathrm{a=\; \sigma \; (\; \xi \; )\; =}\sqrt{\frac{\mathrm{k\; (n\; +\; k)}}{n}}·\frac{\sigma }{\mu }\mathrm{\dots \dots \dots \dots (1)}$

因此，通过把估算数量化到最接近的整数而得到的数值不受计算误差影响的几率P₀为：

$P_O={\∫}_{-\frac{1}{2}}^{\frac{1}{2}}\mathrm{\rho \; (\; \xi \; )\; d\; \xi \; \dots \dots \dots \dots \dots \dots (2)}$

其中

$\mathrm{\rho \; (\; \xi )\; =}\frac{1}{\sqrt{\mathrm{2\; \pi }}a}{C}^{-\frac{{\xi }^2}{{\mathrm{2a}}^2}}\mathrm{\dots \dots \dots \dots (3)}$

通过变量代换：

$\mathrm{\beta \; =}\frac{1}{\mathrm{2a}}=\sqrt{\frac{n}{\mathrm{4\; k\; (n\; +\; k)}}}·\frac{\mu }{\sigma }\mathrm{\dots \dots \dots \dots (4)}$

等式（2）变换为：

$P_O\mathrm{=\; 2}{\∫}_O^{\beta }\frac{1}{\sqrt{\mathrm{2\pi }}}{e}^{-\frac{1}{2}{X}^2}\mathrm{dX\; \dots \dots \dots \dots (5)}$

此外，允许上述整化数值有±1误差之内的几率P₁为：

$P_1={\∫}_{\beta }^{\mathrm{3\; \beta }}\frac{1}{\sqrt{\mathrm{2\; \pi }}}{e}^{-\frac{1}{2}{X}^2}\mathrm{dX\; \dots \dots \dots \dots (6)}$

而且允许整化数值有±2或更大误差的几率P₂为：

$P_2\mathrm{=\; 1\; -\; 2}{\∫}_o^{\mathrm{3\; \beta }}\frac{1}{\sqrt{\mathrm{2\; \pi }}}{e}^{-\frac{1}{2}{X}^2}\mathrm{dX\; \dots \dots \dots \dots (7)}$

当然，等式（4）中的因子μ/σ与“变差系数”C_v间有

$\frac{\mu }{\sigma }=\frac{1}{\mathrm{C\; \upsilon }}$

的关系。

因此在使用第一或第二系统（图1或图2）的情况下，若由等式（5）得出的值P₀等于一个不小于事先确定的充分接近1的几率P_x，将一个已知的初始添加物品的数量和已知的C_ν值分别替代等式（4）中的n和μ/σ（＝1/C_ν），利用最大可添加数量K算出添放物品的数量，误差几率不大于P_x。事实上，在第一系统中，最大可添加数量计算装置H根据输入到CV输入装置F的C_v计算k，比较器G控制添加物品的数量是否超过最大可添加数量K，以保证正确的物品添加几率不低于P_x。

对于使用第二系统（图2）的情况，在第一次添加物品时，令等式（4）中初始放上去的已知物品数量n等于K₀，可由等式（4） 计算出最大可添加数量K₁。如果假设第1次添加物品时的数量k₁应该等于K₁，则第二次添加物品时可令n等于K₀+K₁来计算最大可添加数量K₂。一般说来，由等式（4）计算第i次添加物品的最大可添加数量K_i时，取 $\mathrm{n\; =}\underset{\mathrm{j\; =\; 0}}{\overset{\mathrm{i\; -\; 1}}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j$ 。简单地说，把第二系统设计成不使用求和数存贮器D的内容T，就可以计算K₁、K₂、……K_N并预先存贮它们。显示器S将告诉操作者，第i次添加物品的数量k_i是否是根据上述假设进行添加的。

顺便说明，由上述理论可知，如果允许出现一个物品这样大小的误差，用值3β代替β，它在用统计理论讨论的问题中成为一个重要的任务。简单地说，通过把一般关系式β≥3改变成3β≥3或β≥1，可得到更大些的最大可添加数量。但是，由于使用关系式β≥1，使计数误差总是在±1个物品之内，有必要通过一些固定的手段来消除这个误差。

因此，在第三个系统中（图3）当进行第m次添加时，由第m次添加的物品得到的取样数据，也就是存在取样数据存贮器L中的重量值Wi和所估算的添加数N_i（i：1，2，……，m-1），计算出物品单位重量μ_A和μ_B的数值。然后用μ_A和μ_B估算出第m次添加物品的数量，关于第m次添加物品数得到两个估算值k_A和k_B。通过采用k_A与k_B应彼此相等这一条件，就可消除上面所说的±1个物品的误差。为避免本说明书过长，省去更为详细的理论叙述。

图1、2和3给出本发明的三种基本的方块图结构。

图4表示的是本发明第一实施例的方块图结构。

图5表示的是第一实施例的操作程序图。

图6表示的是本发明第二实施例的方块图结构。

图7表示的是第二实施例的操作程序图。

图8表示的是第三实施例的方块图结构。

图9表示的是第三实施例的操作程序图。

图4表示的是本发明第一实施例的方块图结构，带有秤盘1a的称重机构1输出数字的重量数据，反映放在秤盘上物品重量。来自称重机构1的重量数据输入微机2，微机2由CPU21，ROM22和RAM23组成。微机2与键盘3相连，C_v也通过键盘3输入微机，与微机2相连的显示器4对物品的数量进行数字显示，当添加物品的数量k持续大于最大可添加数量K时，与微机2相连的报警灯5就保持接通。RAM23除包括一个工作区外，还包括用于存贮单位重量估算值的存贮区和一个添加物品的计算数量的附加存贮区。

以下按照图5所示的操作程序描述第一实施例的操作，这些操作程序贮在ROM22中。

第一步，被计数物品重量的变差系数C_v通过键盘3输入微机。变差系数C_v必须事先根据下面的等式进行计算：

这里，W_i是各个重量值，σ是W_i的标准偏差， W是W_i的平均值，总共从总数中取样m个物品。

第二步，在秤盘1a上放上预定数量为K₀的物品，例如，放上 5个物品，第三步将K₀个物品的重量W存入RAM23中。第四步，计算初始单位重量μ＝W/K₀，第五步，将μ存入RAM的单位重量存贮区，同时将K₀存入求和数存贮区。同时，显示器4显示求和数存贮器的内容T（等于该次称重的K₀）

第六步，由C_ν和求和数存贮器存贮的内容T计算出最大可添加数量K，数量K可保持物品计数正确的几率为预定的、十分接近1的几率P₀。被计算的K化成不大于该计算值的整数，然后存入RAM23中。

第七步，在秤盘1a上添加物品，第八步，存贮秤盘1a上物品的总重量W，并由预先存贮的重量值计算W的差值W_a。第九步，为确定添加物品的数量k，计算W_a/μ（μ：存在单位重量存贮区内）并舍弃另数，将其化成确定的添加物品数。第十步，把数量k和第六步计算的最大可添加数量K进行比较。第十一步，如果k大于K，则报警灯5接通。第十二步，根据警告，从秤盘1a上拿走一些物品，程序回到第八步，重复W和W_a。

第十三步，如果k不大于K，就把k存到求和数存贮器，然后用求和数存贮器的内容T（与附加的k一起）去除秤盘1a上物品的总重量，计算出新的单位重量μ。第十四步，用新的单位重量μ更换单位重量存贮区的内容。然后，经第十五步程序回到第六步。这个子程序反复直至物品计数完毕。

在上面的实施例中，每次添加物品的最大可添加数量都是根据同一预先确定的几率P₀计算的。不过，也可在这样的条件下进行计算，由总共N次物品添加的每一次应确保准确的几率为P_p，当关系式

成立时，就可获得这种保证，其中P_n（n＝1，2，……，N）是确保第n次添加物品准确的几率。因此，为最终确保μ准确的几率起码为P_p，就须预先按下面公式确定上述P_O值：

下面描述另一个实施例，它是这样来设计的，使得从所述的计算机得出由公式（10）定义的几率P_O，并在物品计数开始之前，用所述的计算机计算每次添加物品的最大可添加数量，而预定的物品添加次数总共为N次。

图6所示的这个实施例的方块图结构与图4所示的结构十分相似，只是图4中的报警灯5由显示器6（以下称为E-D显示器）所替代，它显示添加物品的过量或不足。图6中所有和图4相对应的组成部分用和图4相同的参考标号表示。但是，RAM23附带配有一个存贮区，用来存贮每个最大可添加数量Ki。

以下按图7所示的操作程序来描述该实施例的操作，这些操作程序存在ROM22中。

第二十一步，通过键盘3，把计数物品的重量变差系数C_v输入计算机。第二十二步，由C_v及预先确定的最初放上去的物品数量K。计算出最大可添加数量K₁并贮存之，K₁是确保第一次添加物品计数正确的几率为预先确定的几率P_O，它非常接近1。通过用K₀代替等式（4）中的n可计算数目K₁，通过选择β，以致等式（5）给出P₀。

接下去，第二十三，二十四，二十五和二十六步是，根据预定的物品添加次数N，通过用 $\underset{\mathrm{j\; =\; 0}}{\overset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j$ 取代（4）式中n，连续计算出第i次添加物品的最大可添加数量K_i（i＝2，3，……，N）并贮存之。在该实施例中，从第一次到第（N-1）次添加物品，每次添加物品的数量k_i应该等于相应的K_i。

第二十七步，在计算完所有的K_i之后，将K₀个物品放在秤盘1a上，第二十八步，把这些物品的重量W存贮起来，之后第二十九步，计算出第一单位重量μ。第三十步，将K₀和μ分别存贮到求和数存贮器和单位重量存贮器。

在完成以上操作之后，开始添加物品。第三十一，三十二，三十三，三十四和三十五步是，由添加物品的重量W_a计算出各次添加物品的数量k_i，然后再算出k_i与对应的k_i之间的差△。第三十六，三十七和三十九步是，如果k_i小于K_i，则E-D显示器6显示“添加△”，如果k_i大于K_i，则显示“去掉△”。第三十八步或四十步是，根据显示器6的显示，或者添加△个物品，或者去掉△个物品，然后，程序回到第三十三步，重新计算添加物品的数量k_i。

如果第三十六步判断k_i与K_i一致，则进行第四十一和四十二步，即把k_i存贮到求和数存贮器，同时，算出新的单位重量以更换单位重量存贮器的内容。这一计算是用求和数存贮器的内容T除以秤盘1a上物品的重量W。之后，第四十四步，如果物品添加次数未达到N次，显示器6显示“Next”，通知进行下一次物品添加。第三十二步根据显示器6的“Next”显示，添加物品。每次添加物品，程序都要从第三十三步到第四十四步进行重复，直至物品添加次数到 达N次为止。

这个实施例能够改进成用微机2根据公式（10）自动计算出几率P₀。此外，用灯取代E-D显示器6，以便显示k_i的过量或不足。

此外，虽然这个实施例设计成仅当k_i＝K_i时，才能进行第（i+1）次物品添加，但是，能对该实施例进行改进，即给K_i一个宽度。在这种情况下，该实施例改进成为这样：在恰好连到K_i以后，微机2便去计算另一个数K′_i，K′_i例如可是个比预定的小数目还要小的数，此时若K′_i≤k_i≤K_i，就可进行第（i+1）次物品添加。这样，即使不满足公式（9）的关系，准确性仍保持在接近P_p的几率，因此，在一些情况下，实际上不会出现问题。

由于很难精确地得出变差系数C_v，所以，可将按下述方法得到的值作为C_v使用。

按照这个办法，预先设立m+1个不连续系数C₀＝0＜C₁＜C₂＜……＜C_m（m＞1），之后，把输入的C_v的数值和这些系数进行比较。如果C_i-1＜C_v≤C_m，则认为C_i是物品的变差系数。由图7所示操作程序描述的实施例的情况下，若固定K₀和N并给出C_v，就能计算一列最大可添加数量｛K_ij｝并存贮之，因此，关于每个C_i值，都能预先计算一列最大可添加数量｛K_ij｝并存贮它们。这样，根据C_i-1＜C_v≤C_i的结果，｛K_ij｝的任何对应的系列都能用作可添加的数量。

一般说来，因为变差系数随单位重量（物品重量的平均值）的减小呈增大趋势，所以，与输入的C_v相对应的C_i可按下面描述的方法选择。按照这个方法，与C_i值一起预先同时设立与每个C_i相对 应的单位重量值，然后，根据初始的单位重量，选择相应的用作为C_v的C_i。所说的初始的单位重量是通过以这些物品（已知的）的数量K₀去除最初放上去的物品的重量而得出的。

该实施例也能改进成用微机2计算C_v。在这种情况下，m个物品逐个放到秤盘1a上，每放一个物品，秤盘1a上的重量就存贮到RAM23中。在物品的数量达到m个之后，就可由方程（8）来计算C_v。

当然，也可以把微机2和专用计算机相连，同样接纳合适的子程序。

下面再描述一个实施例，该实施例的方块图结构如图8所示。按照图8，这个结构和图6所示实施例的结构十分相似，只是显示灯5取代了图6中的E-D显示器6。但是，该实施例的RAM23除包括一个工作区外，还包括两个单位重量存贮区A和B，它们分别存贮两种单位重量μ_A和μ_B。还有一个求和数存贮器，用来附加存贮在全部添加物品过程中被计算出来的添加物品的数量。此外还有一个取样数据存贮器，用来存贮最后加上去的物品的估算数量及它们的重量。此外，如果数量k_B处于低于最大可添加数量K的预定宽度之外，则报警灯5接通。

该实施例的操作仅由图9所示的流程图来描述。该流程图代表存贮在ROM22中的程序。

Claims (3)

1、一种电子计数秤，它通过以一估算的物品单位重量去除物品的重量来计算物品数量，其特征在于，所述电子计数秤还包括：

称重装置(A)，用于称出置于其上的物品重量；

单位重量存贮器(B)，用于存贮置于所述称重装置(A)上的物品的估算单位重量μ；

加数计算装置(C)，用于通过用存贮在所述单位重量存贮器(B)中的单位重量μ去除所述称重装置输出w的增量部分，计算物品的添加数k；

求和数存贮器(D)，用于叠加存贮所述加数计算装置(C)的输出；

单位重量计算装置(E)，用于通过以物品即时总数T去除所述称重装置(A)的输出，估算物品新的单位重量，物品即时总数T存储于所述求和数存贮器(D)中；

系数输入装置(F)，用于输入已知的物品重量变化系数Cv；

最大可加数计算装置(H)，用于根据所述系数Cv和目前为止被添加物品的总数，以不小于一预定值Po的无误差概率计算可添加物品数K；和

比较器(G)，用于将物品添加数k与所述最大物品可添加数K进行比较，只有当所述比较器(G)证实k≤K时，所述重量计算装置(E)和所述求和数装置(D)才起作用。

2、一种电子计数秤，它通过用一估算的物品单位重量去除物品重量来计算物品的数量，其特征在于所述电子计数秤还包括：

称重装置（A），用以称出置于其上的物品的重量;

单位重量存贮器（B），用以存贮置于所述称重装置（A）上的物品的估算单位重量μ;

加数计算装置（C），用以通过用存贮在所述单位重量存贮器（B）内的单位重量μ去除所述称重装置（A）输出ω₁的增量部分，计算物品的添加数k₁;

求和数存贮器（D），用于叠加存贮所述加数计算装置（C）的输出;

单位重量计算装置（E），用于通过用物品的即时总数T去除所述称重装置（A）的输出ω₁，该即时总数T存贮于所述求和数存贮器（D）内;

系数输入装置（F），用于输入已知的物品重量变化系数C_ν;

最大可加数计算和存贮装置（R），用于根据所述系数C_ν以及最初装入数量K_O与目前为止被添加物品总数二者之和，以不小于一预定值P_O的无误差概率计算和存贮可添加物品数Ki;

比较器（G），用于将物品添加数Ki和所述可添加物品数Ki进行比较;和

指示器（S），用于示出由所述比较器（G）的比较而得出的结果。

3、一种电子计数秤，它通过用一估算的物品单位重量去除物品的重量来计算物品的数量，其特征在于所述电子计数秤还包括：

称重装置（A），用以称出置于其上的物品的重量;

第一单位重量存贮器（B1），用于存贮置于所述称重装置（A）上的物品的第一估算单元重量μ_A;

第二单位重量存贮器（B2），用于存贮置于所述称重装置（A）上的物品的第二估算单元重量μ_B;

加数计算装置（C），用以通过分别用所述第一估算单位重量μ_A和第二估算单位重量μ_B去除所述称重装置（A）的输出w的增量部分，来估算第一添加数k_A和第二添加数k_B;

采样数据存储器（L），用于存贮所述称重装置（A）的严格输出ω_i、目前为止估算值k_A之和以及目前为止估算值k_B之和;

重量计算装置（E），用于估算所述第一估算单位重量μ_A的新值和所述第二估算单位重量μ_B的新值;

系数输入装置（F），用以输入已知的物品重量变化系数C_ν;

最大可加数计算装置（H），用于根据所述系数C_ν和目前为止被添加物品的总数，以不小于一预定值P_O的无误差概率计算物品可添加数K;

第一比较器（G1），用于比较k_B和K;和

第二比较器（G2），用于比较k_A和K;仅当所述第一和第二比较器（G1、G2）证实k_A＝k_B≤K时，所述单位重量计算装置（E）才起作用。

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