CN103292888B - 一种电子秤的标定保护机制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子秤的标定保护机制，包括：重力传感器、控制器和标定机构；所述重力传感器用于获取称量物体由于发生形变过程而产生的数据，并在所述重力传感器的上方和下方分别设置两个垫块；所述控制器对所述重力传感器获取的数据进行处理；所述标定机构包括标定开关和标定单元，所述标定单元包括零点跟踪器和去极值平均滤波器。本发明通过改变现有技术中的标定结构，根据重力传感器的特性对电子秤进行一系列参数的设定，标定过程中采用零点跟踪算法和去极值滤波算法，从而更加精准的采集被称量物体的重量，由于标定开关采用间歇式开关，标定完成后电子秤自动进入到称重状态，无需人为手动拨动，简单方便，节省标定时间。

Description

一种电子秤的标定保护机制

技术领域

本发明涉及电子称重设备的标定领域，尤其涉及一种电子秤的标定保护机制。

背景技术

电子秤作为称重设备，其准确的重要性可见一斑，而对设备的标定只能是在国家质检部门的监督下进行，因此需要对设备的标定进行一种保护，此种保护既要能保证国家质检部门能够方便地进行标定操作，也要对用户是一种隐蔽，对顾客也是一种警示。电子秤的标定机制需要在国家质检部门的监督下进行，因此用户不能随便进行标定。将标定开关与上下壳子进行连接处进行铅封，这样既是对标定的一种保护，对消费者来说是一种权益的保护，也是对产品本身的一种保护。

为了实现对电子秤标定的保护，需要对电子秤的标定开关进行铅封，需要进行标定时由国家质监部门将铅封打开，对电子秤进行标定，包括对设置分度值、最大过载值、最大量程和实际负载码。

但是现有技术中进行标定时，需要人为手动打开标定开关，使得电子秤进入到标定状态，标定完成后，再人为手动将标定开关拨到称重状态，电子秤进入到称重状态，再将标定开关位置用铅封，交给用户使用。标定完成后还不能自动进入到称重状态，无法提高对电子秤的标定效率。

标定完后，电子秤由于环境的改变，可能还会造成一定的误差，导致电子秤还需要再次进行标定。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是如何能够实现快速的对电子秤的标定，节约标定时间，提高电子秤对外界的干扰。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种电子秤的标定保护机制，具体包括：

重力传感器、控制器和标定机构；

所述重力传感器用于获取称量物体由于发生形变过程而产生的数据，并在所述重力传感器的上方和下方分别设置两个垫块；

所述控制器对所述重力传感器获取的数据进行处理；

所述标定机构包括标定开关和标定单元，所述标定单元包括零点跟踪器和去极值平均滤波器。

进一步地，所述重力传感器设置所述垫块的位置分别在左上方和右下方，或者在左下方和右上方。

进一步地，所述标定开关为间歇式开关，标定完成后所述电子秤自动进入到称重状态。

进一步地，零点跟踪器对所述电子秤的零点进行跟踪，在设置的范围内进行自动清零。

进一步地，所述去极值平均滤波器消除明显的脉冲干扰。

进一步地，所述标定单元还包括对所述重力传感器得到的数据进行重力转换的处理，得到重力转换值，再利用补偿系数对所述重力转换值进行补偿操作，得到补偿后的重力转换值。

（三）有益效果

本发明提出了一种电子秤的标定保护机制，通过改变现有技术中的标定结构，在重力传感器的上方和下方分别设置两个根据重力传感器的特性对电子秤进行一系列参数的设定，标定过程中采用零点跟踪算法和去极值滤波算法，从而更加精准的采集被称量物体的重量，由于标定开关采用间歇式开关，标定完成后电子秤自动进入到称重状态，无需人为手动拨动，简单方便，节省标定时间。进一步地，标定完后，如果环境改变了设备被再次放置平衡时，出现允许的零点误差时，可以通过清零按键进行零点跟踪等算法处理，进行校准达到标定的标准状态，减少标定的次数，更加准确地提高电子秤对外界的抗干扰能力，具有很强的自适应性。

附图说明

图1为本发明一种电子秤的标定保护机制的组成示意图；

图2为发明中垫块的两种设置方式示意图；

图3为本发明中载物台的结构示意图；

图4为本发明中重力传感器与垫块的位置关系示意图；

图5为基于本发明的电子秤总体结构图。

其中各编号代表结构如下：

10、重力传感器，100、垫块，101、铝合金底板，11、托盘，12、秤盘十字底托支架，20、控制器，30、标定机构，31、标定开关，32、标定单元，321、零点跟踪器，322、去极值平均滤波器,40、主板电路处理单元，21、打印机，22、220V转12V/24V电源供电单元，24、LED双显示屏，25、按键模块，26、处理器电路板，29、卡感应板，50、外壳，60、底盘，70、插线盒，80、地脚，90、电源接口，99、开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例中提供了一种电子秤的标定保护机制，组成示意图如图1所示，具体包括：重力传感器10、控制器20和标定机构30。

重力传感器10用于获取称量物体由于发生形变过程而产生的数据，并在重力传感器的上方和下方分别设置两个垫块100。重力传感器10设置垫块100的位置分别在左上方和右下方，如图2A所示，或者在左下方和右上方，如图2B所示。当需要说明的是，除了前述两种安装垫块的方式，还有其它安装垫块的方式，只要对于测量不会产生不利影响的方式都在本实施例的保护范围之内。

在电子秤的结构中除了重力传感器10，还包括用于各种功能模块的处理器电路板，重力传感器10是将所压在上面的物体的重量以压力形变的方式传递给电子秤的主板电路处理单元40。其中重力传感器10的形变是以模拟的信号传递给主板电路处理单元40，而主板电路处理单元40是以数字量的形式进行处理，因此在主板电路处理单元40需要有模拟和数字之间转换的关键电路设计，为了更好的将模拟信号传递到数字处理单元，还需要在电路处理单元处增加信号放大电路，将重力传感器上的压力转换的模拟信号进行放大，然后转换为相应的数字信号，最后再将得到的数字信号发送给主板电路处理单元40中的控制器20进行处理。

重力传感器10的上方还具有载物台，包括托盘11和秤盘十字底托支架12，如图3所示，其中的托盘11用于放置称重的物品，并且托盘11为中间低、四周略高的长方形形状，可以确保易滚动的物品在放入托盘11中进行称量时不会滑落下来。秤盘十字底托支架12采用铝合金的材质，用于支撑托盘11，保证能承受30KG的重量。在托盘11四周的设置四个脚垫，用于秤盘十字底托支架12和托盘11之间的摩擦，使得托盘和十字底托之间的结合更密切。秤盘十字底托支架12的下边为小长方形的铝合金板，通过四个螺丝将秤盘十字底托支架12与呈长方形的铝合金底板101固定，铝合金底板101通过垫块100与重力传感器10的一端连接固定，重力传感器10的另一端同样通过垫块100用螺丝将其固定在突起的铝合金板上，突起的铝合金板用四个螺丝固定在整个设备的铝合金地板上，结构关系如图4所示，图中给出的是垫块设置在重力传感器的左上方和右下方，并不局限于图中的设置方式，还可以根据实际情况采用其它的方式进行设置，效果就是提高电子秤称量物体的精准度。

控制器20的功能就是对重力传感器10获取的数据进行处理。电子秤主板电路处理单元40就是控制器20的核心电路，除此之外，主板电路处理单元40还包括打印机21、220V转12V/24V电源供电单元22、通信模块23、LED双显示屏24、按键模块25和处理器电路板26。其中重力传感器10固定于铝合金底板之上，通过垫块100支撑起长方形的铝合金板，铝合金板上有四个螺丝孔，用来将秤盘下的十字底托支架12固定在长方形铝合金板上，铝合金板和垫块100与重力传感器10承受重力的那一端通过长孔螺丝固定在一起。重力传感器10将托盘上物体的重力转换为模拟信号传递给核心电路板进行处理。事实证明采用此种方式进行传感器的连接，整体设备在称重测量的四个角和中间的值都准确无误，可以使传感器的信号更加稳定可靠。重力传感器10的前侧放置处理器电路板26并固定在铝合金底板之上，后侧放置220V转12V/24V电源供电单元22，并将其固定在铝合金的底板之上。重力传感器10的右侧放置打印机21，通过滑轨固定在铝合金底板之上，将用户所需求的信息以标签的形式展现出来，包括汉字、数字、一维码和二维码等，并将打印的信息实时地通过通信模块23上传到服务器上。重力传感器10的左侧安装有通信模块23，包括三个串口模块和一个网口模块，并将通信模块23固定在铝合金底板之上，网口模块采用Wifi转接电路板（可以更替为其他的转接板进行其他模块的替换），位于印制底板的上方，电源开关的附近。通信模块不局限于Wifi方式，还可以是射频（RF）通信模块，或者Zigbee模块，或者这几种通信方式的模块都具有，当然还要包括具有这些模块的TTL电平之间转换的模块。在通信模块23附近还设有卡感应板29，主要用于身份的识别，在用户需要的情况下，可以通过卡感应板读取RFID射频卡的信息进行匹配操作，如果身份确认成功则进入所需的工作状态。LED双显示屏24和按键模块25固定安装在电子秤外壳上，在铝合金底板上通过螺丝固定四个铜柱，用于连接电子秤外壳，从而使得整个设备具有良好的封闭性。LED双显示屏24分别位于印制板的前方和后方，方便使用者和顾客两方对数据的查看。按键模块25包括75个按键，其中有30个功能键。电子秤的控制器20位于铝板底壳的上方，按键模块25的下方。电子秤的上下壳是通过四个铜柱支撑连接的，既起到支撑作用，又起到连接作用。

需要说明的是，本实施例中的控制器的结构只是为了说明控制器中的各个部分，当然除了本实施例中涉及到的几个主要的模块，在底层铝合金板上还有220V交流电源的接口、设备电源开关等其他电子秤具备的结构。

标定机构30包括标定开关31和标定单元32，标定开关31为间歇式开关，标定完成后电子秤自动进入到称重状态。标定开关31是对电子秤标定的保护机制，设置在电子秤的底部，利用铅封的形式，可以起到连接和固定的作用。

当有物体放在托盘上时，托盘下的重力传感器接收托盘上物体带来的负荷，通过弹性体受力变形，是粘贴在弹性体上的电阻应变片也同时变形，引起电阻应变片阻值的变化，通过测量电路将重量信号转换为对应的模拟电信号输出给信号处理装置，信号处理装置中的信号处理电路和AD模数转换控制电路与重力传感器制成一体。在AD模数转换电路中包括对模拟信号进行放大部分，AD模数转换部分采用的是24位高精度的转换芯片，利用对模拟信号的放大和高精度的AD模数转换芯片，可以提高模拟信号采集的准确性。模拟信号经过AD模数转换电路转换为二进制数据给数据处理器进行处理，在本实施例中数据处理器使用的是LPC1766进行处理。LPC1766为ARM内核的高速cortex内核，内存大，可以存放的代码数量多，因此可以方便的存放用于标定的程序。在核心电路板上还包括：JTAG（Joint TestAction Group，联合测试行动小组）下载外围电路模块、Bootload程序下载模块等。

电子秤进入标定程序，需要有一定的条件设置，本系统采取的是判别LPC1766中一个IO口的低电平的有效位，因此在核心处理器的电路板上通过将P0_22置为低电平时程序进入标定状态，进行电子秤的标定。由于标定开关31采用间断式按键与数字地连接，当按键按下时，P0_22被置为低电平，当断开时系统默认为高电平，通过判断P0_22的高低电位进行电子秤的标定。为了在精度上大搞更高的精度，在软件设计中增加了零点跟踪和去极值平均滤波等算法，从而能更准确的采集到物体的实际重量。

标定单元32包括零点跟踪器321和去极值平均滤波器322，零点跟踪器321对电子秤的零点进行跟踪，在设置的范围内进行自动清零，去极值平均滤波器322消除明显的脉冲干扰。

去极值平均滤波技术在算数平均滤波法与中位值滤波法的比较中产生的，是一种复合型的数字滤波方法，能够体现数字滤波算法克服随机误差的优点，同时还能克服数字滤波器的高准确度、高可靠性和高稳定度的问题。

去极值平均滤波法的算法原理为：对信号连续采样N次（如N取10），将其累加求和，同时找出最大值Y_max和Y_min，再从累加和中减去Y_max和Y_min，按N-2个（8个）采样值求平均值，有效采样值为：

$Y=\frac{1}{N-2}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i-Y_{\max }-Y_{\min })$

将采集到的采样值中的最大值和最小值都定义为明显干扰值，通过设置的“极值过滤”将其过滤掉，使其不参加平均值的计算，即剔出了不可靠的值，使实际显示值更加准确可靠。对于随机噪声，其实质就是围绕平均值在某一范围附近做上下波动，采样的有效值就是经过“极值过滤”后的N-2个采样值进行求均值计算，这样的滤波器具有良好的平滑度和灵敏度。在软件处理方面，去极值平均滤波法采用边采集边处理的方式，因此不需要在存储区域中占用N个数据的暂存区，因此节约运算过程中对存储空间的占用，其实现过程是通过采样次数N的改变，观察实际滤波的平滑度和灵敏度，最终确定N的大小。

标定单元32还包括对重力传感器100得到的数据进行重力转换的处理，得到重力转换值，再利用补偿系数对重力转换值进行补偿操作，得到补偿后的重力转换值。其中补偿系数是根据经验值进行选取的，使得根据补偿后的重力转换值计算得到的物体重量更加接近实际重量。

在标定过程中要依次进行分度值的设置、最大量程的设值、过载量的设置和实际负载砝码的设置。根据分度值的设置可以实现对最小物体重量的识别。上述与标定相关的值是根据重力传感器所承受的砝码的重量转换为相应的斜率值K和常量基数设定的，并将标定的值存储在核心处理器上，根据物体的重量和A/D转换的二进制数据成正比例，利用这个关系可以根据不同物体的重量转换出的二进制数据计算出该物体的实际重量。K的计算公式为：K=(加载等同砝码的AD值-空载AD的值)*分度值*10/按键设置的加载值，在计算出K值后将K值存储在主板存储器中。标定完成后进入到称重状态，放置在电子秤上的物体将模拟信号转换为24位数字信号传递给核心处理器，核心处理器从24位中读取压力转换的数据进行处理，其中包括重力转换值和补偿值，就会利用K值与电子秤上放置物体的重量的AD转换值，以及滤波和去极值平均化得到实际物体的重量。再将称重的物体重量显示在前后的LED数码管上。

零点跟踪算法还有一个好处就是：标定完后，如果环境改变了设备被再次放置平衡时，出现允许的零点误差时，可以通过清零按键进行零点跟踪等算法处理，进行校准达到标定的标准状态，减少标定的次数，更加准确地提高电子秤对外界的抗干扰能力，具有很强的自适应性。

图5为基于上述标定机制的改进得到的电子秤总体结构，除了包括上述的结构外，还包括：底盘60，用于将主板、开关电源、打印机、重力传感器模块固定在其上边，将外壳与底盘进行连接，使之成为密闭的整体。插线盒70，用于将主板上的网络接口和串口连接出来，可以方便用于进行网络的使用和串口的使用。实现该秤的多种功能的选择，如GPS和与上位机之间的交换等。地脚80，整个设备包含四个地脚，用于调节整个设备的平衡和承受自上而下的整体的压力。外壳50，用于将各个模块和电路板都包裹在其内部，防止水分或者其他物质进入。在外壳50的内部还设有外部电源接口90，通过外部电源接口90给主板和打印机提供电源供电，因为电子秤内部的模块和电路板工作所需要的电压都是12V或24V，因此需要220V转12V/24V电源供电单元22进行电压转换。最后，在外壳50的内部设有开关99。

本实施例提供的电子秤的标定保护机制，通过改变现有技术中的标定结构，在重力传感器的上方和下方分别设置两个根据重力传感器的特性对电子秤进行一系列参数的设定，标定过程中采用零点跟踪算法和去极值滤波算法，从而更加精准的采集被称量物体的重量，由于标定开关采用间歇式开关，标定完成后电子秤自动进入到称重状态，无需人为手动拨动，简单方便，节省标定时间。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (3)

1.一种电子秤的标定保护机制，其特征在于，包括：重力传感器、控制器和标定机构；

所述重力传感器用于获取称量物体由于发生形变过程而产生的数据，并在所述重力传感器的上方和下方分别设置两个垫块；

所述控制器对所述重力传感器获取的数据进行处理；

所述标定机构包括标定开关和标定单元，所述标定单元包括零点跟踪器和去极值平均滤波器，所述零点跟踪器对所述电子秤的零点进行跟踪，在设置的范围内进行自动清零，所述标定开关为间歇式开关，标定完成后所述电子秤自动进入到称重状态；

所述标定单元还包括对所述重力传感器得到的数据进行重力转换的处理，得到重力转换值，再利用补偿系数对所述重力转换值进行补偿操作，得到补偿后的重力转换值。

2.如权利要求1所述的标定保护机制，其特征在于，所述重力传感器设置所述垫块的位置分别在左上方和右下方，或者在左下方和右上方。

3.如权利要求1所述的标定保护机制，其特征在于，所述去极值平均滤波器消除明显的脉冲干扰。