CN110260967A - 一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤 - Google Patents

Abstract

一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，涉及电子秤技术领域，包括称量模块、主控单元、通信模块、显示模块、数据存储模块；称量模块连接主控单元；主控单元输出端连接显示模块和数据存储模块，用于将处理后的数据传输到显示模块和数据存储模块；显示模块通过SPI协议与主控单元建立人机交互功能界面；通信模块连接数据存储模块，用于将数据传输到客户端，通信模块包括开源的USB数据接口，以将称量数据转换成对应的标准数据格式或通用文件格式传入PC端、手机端或U盘。提供多种称量模式，称量数据可通过在线、离线两种方式进行传输，同时为用户提供开源的数据接口，采用标准化的数据格式与通用的文件格式对称量数据进行存储与传输。

Description

一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤

技术领域

本发明涉及电子秤技术领域，尤其涉及一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，工业产品不再满足于传统的生产技术，更多地朝向智能化设备发展，利用信息化技术来促进产业的改革，焕发出新的生命力。现有技术的电子秤在称量物体时只能完成单次称量的常规称重方式，即使有批量称量的功能也需要通过按键或显示屏的反复操作来完成，或者是将单次称量的结果传输到上位机上进行处理后得到批量称量数据，整个称量过程较为繁琐，对于大批量货品的称量，效率大大下降；而且现有电子秤的数据传输往往只提供在线传输模式，通过USB或蓝牙实时传输称量数据，并且传输的仅仅是简单的称量数据，没有对数据进行格式转化，用户无法直接进行数据导入与处理，无法满足实验室、科学研究所等需离线存储与导出称量数据的应用场合下用户的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，可实现自动批量称量过程的数据处理、存储与传输，应用范围广，可满足不同应用场合下用户的需求，此外，称量数据可通过在线、离线两种方式进行传输，同时为用户提供开源的数据接口，采用标准化的数据格式与通用的文件格式对称量数据进行存储与传输。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，包括秤体与托盘，所述秤体内设有称量模块、主控单元、通信模块、显示模块、数据存储模块和供电模块；所述供电模块用于为整个电子秤进行供电；所述称量模块连接主控单元的输入端，称量模块用于采集称量数据并将称量数据传输到主控单元；所述主控单元的输出端分别连接显示模块和数据存储模块，主控单元用于将称量数据进行分析处理并将处理后的数据分别传输到显示模块和数据存储模块；所述显示模块通过SPI协议与主控单元建立人机交互功能界面；所述通信模块连接数据存储模块的输出端，通信模块用于将数据存储模块的数据传输到客户端，所述通信模块包括开源的USB数据接口，以将称量数据转换成对应的标准数据格式或通用文件格式传入PC端、手机端或U盘，U盘传输时，采用通用的文件格式将称量数据载入U盘，PC传输时，采用标准化的数据格式将称量数据传入PC端或手机端。

PC传输时，数据格式采用16进制指令格式，指令内容包括命令类型、指令长度、批次、时间、称量数据及校验方式，所述校验方式采用CRC校验；U盘传输时，文件格式转换采用FATFS文件系统将称量数据写入CSV文件，并将CSV文件载入U盘，所述CSV文件以纯文本形式存储表格数据，表头包括批次、时间、重量等信息。

所述主控单元采用滑动均值滤波算法或卡尔曼动态滤波算法对称量模块采集到的原始数据进行预处理，同时根据自适应判稳算法调整判稳条件，将一物品稳定置于秤盘上，主控单元根据一段时间内同一物品重量的波动大小和波动频率，给出判稳条件。

所述主控单元包括第一数据处理单元，所述第一数据处理单元包括第一判稳模块和第一计算模块；第一判稳模块的输入端连接称量模块，第一判稳模块的输出端连接第一计算模块的输入端，第一判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；第一计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第一计算模块用于将每个称量物品的称量数据、总的称量物品的数据加和及平均统计的数据结果传输到显示模块和数据存储模块。

所述主控单元还包括第二数据处理单元和转换开关模块；所述转换开关模块分别连接第一数据处理单元和第二数据处理单元，转换开关模块用于选择第一数据处理单元或第二数据处理单元；所述第二数据处理单元包括第二判稳模块、比较模块、第二计算模块；第二判稳模块的输入端连接称量模块，第二判稳模块的输出端连接比较模块的输入端，第二判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；比较模块的输出端连接第二计算模块的输入端，比较模块用于对前后两次的总称量值进行比较，并将比较值和总称量值输入到第二计算模块；第二计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第二计算模块用于将比较模块的数据进行处理得到当前物品的重量值，并通过当前称量数据取得平均值，将数据结果传输到显示模块和数据存储模块。

所述称量模块包括压力传感器和A/D转换电路，所述A/D转换电路的输入端连接压力传感器，A/D转换电路的输出端连接主控单元，A/D转换电路用于将应变式压力传感器测得的模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输到主控单元。

所述压力传感器采用应变式压力传感器；所述A/D转换电路基于ADS1232芯片搭建。

所述秤体内还包括电源切换电路、一键开关机电路、稳压电路和基准电压电路；所述供电模块与电源切换电路的输入端连接，电源切换电路的输出端与一键开关机电路的输入端连接，一键开关机电路的输出端与稳压电路的输入端连接，稳压电路的第一输出端与基准电压电路的输入端连接，基准电压电路的输出端与压力传感器的激励电压输入端和A/D转换电路的基准电压端连接；稳压电路的第二输出端与主控单元的电源输入端相连，所述主控单元与一键开关机电路信号连接。

所述供电模块采用可充电锂电池和外接电源。

所述通信模块还包括CC2540蓝牙芯片；所述数据存储模块采用W25Q64存储芯片；所述显示模块采用OLED显示屏。

相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

1、本发明提供了多种批量称量模式功能，能够实现自动批量称量过程的数据处理、存储与传输。根据不同的称量环境，该电子秤的批量称量可分为叠加模式与精准模式，能够应用在许多大批量称量的场合下，对于精度要求不太高的场合，可使用叠加模式，物体依此放上秤盘称重，获得各批次各物体的重量；对于精度要求较高的场合，使用精准模式，物体放上秤盘称重，示值稳定后取下再称量下一物体，从而得到批量称量数据，两种模式进行批量称量时，都只需取放物品，无需其他的按键操作，整个过程更加自动化，大大提高了效率；

2、本发明采用大容量的数据存储芯片，用户可选择单次数据保存或批量数据一键保存，使电子秤具有在线、离线两种模式下的有线、无线传输功能，在海洋养殖、实验室、科研院所等需现场作业与离线存储的领域中有着很高的应用价值。

3、本发明提供开源的USB数据接口，接口集成U盘传输、PC传输、充电三大功能，当外部设备接入后，用户可选择对应的设备类型建立通信连接，并将称量数据转换成对应的标准数据格式或通用文件格式传入PC端、手机端或U盘。在U盘传输时，系统采用通用的文件格式将称量数据载入U盘，便于数据的直接导入与系统集成；在PC传输时，系统采用标准化的数据格式将称量数据传入PC端或手机端，搭配不同的上位机系统能够实现不同的应用，达到下位机与上位机的无缝连接，在小型智能仓储系统、工业生产流水线等工业背景及实验室、科研院所等科研环境下有较高的利用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图3为本发明的批量称量流程图。

附图标记：托盘1，上盖2，上连接块3，下连接块4，上支架5，压力传感器6，下支架7，衬板8，下盒9，显示模块10，铜柱11，供电模块12，数据存储模块13，主控单元14，USB15，蓝牙16。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本实施例包括秤体与托盘1，所述秤体包括上盖2、下盒9、衬板8、上连接块3、下连接块4、上支架5和下支架7；

所述上盖2和下盒9组成秤体本体，所述秤体本体内设有称量模块、主控单元14、通信模块、显示模块10、数据存储模块13和供电模块12；所述通信模块包括USB15和蓝牙16；所述称量模块包括压力传感器6；

所述衬板8为安装板，衬板8通过下盒9底部内嵌螺纹支撑柱安装于下盒9的底部，所述供电模块12固定于衬板8上；所述托盘1通过上连接块3设于上盖2的外部，上连接块3通过下连接块4与上支架5紧固连接；所述下支架7固定于衬板8上，所述压力传感器6固定于上支架5和下支架7之间；所述显示模块10安装于下盒9的前面板上；所述通信模块、数据存储模块13和主控单元14设于PCB集成板上，所述PCB集成板通过铜柱11安装于衬板8上。

如图2所示，所述供电模块用于为整个电子秤进行供电；

所述称量模块连接主控单元的输入端，称量模块用于采集称量数据并将称量数据传输到主控单元；

所述主控单元的输出端分别连接显示模块和数据存储模块，主控单元用于将称量数据进行分析处理并将处理后的数据分别传输到显示模块和数据存储模块；

所述显示模块采用OLED显示屏，显示模块通过SPI协议与主控单元建立人机交互功能界面，用户可通过按键面板完成称量模式、传输方式、数据存储与清除、去皮、校正等功能的选择；

所述通信模块连接数据存储模块的输出端，通信模块用于将数据存储模块的数据传输到客户端；所述通信模块包括开源的USB数据接口，以将称量数据转换成对应的标准数据格式或通用文件格式传入PC端、手机端或U盘，U盘传输时，采用通用的文件格式将称量数据载入U盘，PC传输时，采用标准化的数据格式将称量数据传入PC端或手机端。

PC传输时，数据格式采用16进制指令格式，指令内容包括命令类型、指令长度、批次、时间、称量数据及校验方式，所述校验方式采用CRC校验，固定的指令格式能够有助于数据接收端(上位机)能够准确无误地识别并接收数据，数据传输更加安全可靠；U盘传输时，需要先对称量数据进行文件格式转换，文件格式转换采用FATFS文件系统将称量数据写入CSV文件，并将CSV文件载入U盘，所述CSV文件以纯文本形式存储表格数据，第一行写入CSV表头，表头包括批次、时间、重量等信息。

所述称量模块包括压力传感器和A/D转换电路，所述压力传感器采用应变式压力传感器，所述A/D转换电路基于ADS1232芯片搭建；A/D转换电路的输入端连接压力传感器，A/D转换电路的输出端连接主控单元，A/D转换电路用于将应变式压力传感器测得的模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输到主控单元。

如图2所示，所述秤体本体内还包括电源切换电路、一键开关机电路、稳压电路和基准电压电路；

所述供电模块采用锂电池和外接电源，所述供电模块与电源切换电路的输入端连接，电源切换电路的输出端与一键开关机电路的输入端连接，一键开关机电路的输出端与稳压电路的输入端连接，稳压电路的第一输出端与基准电压电路的输入端连接，基准电压电路的输出端与压力传感器的激励电压输入端和A/D转换电路的基准电压端连接；稳压电路的第二输出端与主控单元的电源输入端相连，所述主控单元与一键开关机电路信号连接；

所述电源切换电路用于检测当前供电模式，当检测到USB供电时，关闭锂电池供电线路，同时设有充电电路为锂电池进行充电；

所述一键开关机电路用于准确识别开关机信号，用户第一次触发按键，通过MOS管和二极管配合连通电路，电路连接后，主控单元输出开机信号维持开机状态，当用户再次触发按键，显示模块将关机信号传输至主控单元，主控单元输出关机指令，电子秤关机；

所述稳压电路用于为数字部分电路提供稳定电源；

所述基准电压电路用于为压力传感器提供精准的激励电压，并同时作为A/D转换电路的基准电压。

本实施例中，所述主控单元包括第一数据处理单元、第二数据处理单元和转换开关模块，所述转换开关模块分别连接第一数据处理单元和第二数据处理单元；

所述第一数据处理单元包括第一判稳模块和第一计算模块；第一判稳模块的输入端连接称量模块，第一判稳模块的输出端连接第一计算模块的输入端，第一判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；第一计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第一计算模块用于将每个称量物品的称量数据、总的称量物品的数据加和及平均统计的数据结果传输到显示模块和数据存储模块；

所述第二数据处理单元包括第二判稳模块、比较模块、第二计算模块；第二判稳模块的输入端连接称量模块，第二判稳模块的输出端连接比较模块的输入端，第二判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；比较模块的输出端连接第二计算模块的输入端，比较模块用于对前后两次的总称量值进行比较，并将比较值和总称量值输入到第二计算模块；第二计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第二计算模块用于将比较模块的数据进行处理得到当前物品的重量值，并通过当前称量数据取得平均值，将数据结果传输到显示模块和数据存储模块。

所述通信模块包括有线传输和无线传输，所述有线传输采用PC传输和U盘传输，采用统一USB接口，USB通信协议进行通信；所述无线传输采用蓝牙传输，采用低功耗CC2540蓝牙芯片，BLE通信协议进行通信。PC传输采用16进制指令格式传输，U盘传输将数据以CSV文件格式载入U盘，蓝牙传输采用BLE数据接收工具接收称量数据。

所述USB接口集成有三种功能：PC连接、U盘连接、充电；当USB数据接口有外部设备接入时，用户可通过操作按键面板选择对应接口功能，当进入PC连接界面后，选择数据传送功能，称量数据将以16进制指令格式通过PC传输到上位机；当进入U盘连接界面后，选择数据传送功能，称量数据将以CSV文件格式写入U盘中，用户可在PC端直接打开CSV文件从而读取到称量数据；当选择充电模式时，系统切断所有通信连接，此时USB连接线仅作为充电线，为可充电锂电池充电。

所述数据存储模块采用W25Q64大容量存储芯片，W25Q64存储芯片可存储64Mb大小的数据，能够满足大多数应用场合下的大容量存储，且该芯片存储的数据掉电不丢失，在海洋养殖等需现场作业的应用中，该电子秤能够掉电存储批量数据，后期再对称量数据进行传输与应用。

称量过程数据处理中，所述主控单元采用卡尔曼动态滤波算法对称量模块采集到的原始数据进行预处理，同时根据自适应判稳算法调整判稳条件，将一物体稳定置于秤盘上，系统可根据一段时间内同一物体重量的波动大小和波动频率，给出合理的判稳条件，也可通过显示模块手动输入判稳条件；采用卡尔曼动态滤波算法能够在鱼虾等动态物体称量过程中提高称量精度与响应速度。在批量称量过程中，用户可通过显示模块设置阈值参数，系统能够根据默认阈值条件或用户输入的阈值参数准确识别是否加入了新物品而不是阵风、短时误触等带来的示值变化，具有系统动态称量、快速响应等优势。

本实施例中，批量称量模式分为精准模式和叠加模式，通过转换开关模块选择所需要的模式，第一数据处理单元对应精准模式，第二数据处理单元对应叠加模式。

精准模式下：第一个物体放上秤体结构，称量模块将称量信号传输到第一数据处理单元处理后将稳定重量值通过显示模块显示并同时传输到数据存储模块；接着将第一个物体取下，取下的同时第一数据处理单元会自动重新校准零点，随后放入第二个物体，第一数据处理单元处理后得到第二个物体重量，并将第二个物体与第一个物体叠加得到批次总重量并取平均得到批次平均值，称量数据在显示模块上显示并传输到数据存储模块，依此操作，称量完成后，用户可选择将物体重量、批次总重量及批次平均重量从数据存储模块一次性批量上传至W25Q64存储芯片，进行掉电保存或通过通信模块传入电脑或手机。

叠加模式下：第一个物体放上秤体结构，称量模块将称量信号输入到第二数据处理单元处理后得到称量值并在显示模块上显示，并将称量数据传输给数据存储模块，接着不用取下第一个物体，继续放入第二个物体，第二数据处理单元会根据当前总重量与上一物体重量作差得到第二个物体的重量，并求和取平均得到批次平均值，然后将当前总重量、第二个物体的重量以及当前批次平均值通过显示模式显示，同时将称量数据存入数据存储模块，依此操作，当总重超过量程时，第二数据处理单元的蜂鸣器会发出警报声，并通过显示模式提示用户更换批次，称量完成后，用户可选择将各物体重量、批次总重量及批次平均重量一次性批量上传至W25Q64存储芯片，进行掉电保存或通过通信模块传入电脑或手机。

如图3所示，本发明的操作方法举例如下：

当用户操作显示模块上的功能按键进入叠加模式后，用户将第一个物品放入秤盘，当物品重量示值波动达到稳定条件后，随后继续放入下一物体，连续称量，直到称量完成后用户可通过显示模块上的功能按键触发结束或更换批次信号，主控单元收到信号后退出叠加模式或进入下一批次称量，显示模块反馈称量结果；当用户选择精准模式后，用户操作方式由连续放入物品改为待一物品示值稳定取下后放入下一物品；

两种模式下的大批量称量完成后用户可通过显示模块上的功能按键触发实时传输信号或存储信号，主控单元收到信号后通过通信模块将称量数据传送至PC端与手机端或存储到W25Q64存储芯片中；称量数据的在线数据传输模式下，称量数据通过有线或无线方式实时传入PC端、手机端或U盘，离线数据传输模式下，用户将称量数据从存储芯片导出并写入U盘或传入PC端或手机端。

本发明能够将称量数据通过显示模块、通信模块实现人机交互与数据传输，可实现自动批量称量过程的数据处理、存储与传输，通过叠加模式与精准模式系统能够自动获得各批次各物体的重量，称量数据可在线传输，也可存入存储芯片，最后通过离线方式下的有线或无线方式发送给用户，应用范围广，满足不同应用场合下用户的需求。

同时，本发明为用户提供了开源的数据接口，采用标准化的数据格式与通用的文件格式对称量数据进行存储与传输，便于数据在上位机的导入、导出与系统集成，用户还可根据自身需求开发后台软件系统。

Claims (10)

1.一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，包括秤体与托盘，其特征在于：所述秤体内设有称量模块、主控单元、通信模块、显示模块、数据存储模块和供电模块；所述供电模块用于为整个电子秤进行供电；所述称量模块连接主控单元的输入端，称量模块用于采集称量数据并将称量数据传输到主控单元；所述主控单元的输出端分别连接显示模块和数据存储模块，主控单元用于将称量数据进行分析处理并将处理后的数据分别传输到显示模块和数据存储模块；所述显示模块通过SPI协议与主控单元建立人机交互功能界面；所述通信模块连接数据存储模块的输出端，通信模块用于将数据存储模块的数据传输到客户端，所述通信模块包括开源的USB数据接口，以将称量数据转换成对应的标准数据格式或通用文件格式传入PC端、手机端或U盘，U盘传输时，采用通用的文件格式将称量数据载入U盘，PC传输时，采用标准化的数据格式将称量数据传入PC端或手机端。

2.如权利要求1所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：PC传输时，数据格式采用16进制指令格式，指令内容包括命令类型、指令长度、批次、时间、称量数据及校验方式，所述校验方式采用CRC校验；U盘传输时，文件格式转换采用FATFS文件系统将称量数据写入CSV文件，并将CSV文件载入U盘，所述CSV文件以纯文本形式存储表格数据，表头包括批次、时间、重量信息。

3.如权利要求1所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述主控单元采用滑动均值滤波算法或卡尔曼动态滤波算法对称量模块采集到的原始数据进行预处理，同时根据自适应判稳算法调整判稳条件，将一物品稳定置于秤盘上，主控单元根据一段时间内同一物品重量的波动大小和波动频率，给出判稳条件。

4.如权利要求1所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述主控单元包括第一数据处理单元，所述第一数据处理单元包括第一判稳模块和第一计算模块；第一判稳模块的输入端连接称量模块，第一判稳模块的输出端连接第一计算模块的输入端，第一判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；第一计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第一计算模块用于将每个称量物品的称量数据、总的称量物品的数据加和及平均统计的数据结果传输到显示模块和数据存储模块。

5.如权利要求4所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述主控单元还包括第二数据处理单元和转换开关模块；所述转换开关模块分别连接第一数据处理单元和第二数据处理单元，转换开关模块用于选择第一数据处理单元或第二数据处理单元；所述第二数据处理单元包括第二判稳模块、比较模块、第二计算模块；第二判稳模块的输入端连接称量模块，第二判稳模块的输出端连接比较模块的输入端，第二判稳模块用于根据称量设定的阈值参数判断识别是否加入新称量物品；比较模块的输出端连接第二计算模块的输入端，比较模块用于对前后两次的总称量值进行比较，并将比较值和总称量值输入到第二计算模块；第二计算模块的输出端连接显示模块和数据存储模块，第二计算模块用于将比较模块的数据进行处理得到当前物品的重量值，并通过当前称量数据取得平均值，将数据结果传输到显示模块和数据存储模块。

6.如权利要求1所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述称量模块包括压力传感器和A/D转换电路，所述A/D转换电路的输入端连接压力传感器，A/D转换电路的输出端连接主控单元，A/D转换电路用于将应变式压力传感器测得的模拟信号转换成数字信号，并将数字信号传输到主控单元。

7.如权利要求6所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述压力传感器采用应变式压力传感器；所述A/D转换电路基于ADS1232芯片搭建。

8.如权利要求6所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述秤体内还包括电源切换电路、一键开关机电路、稳压电路和基准电压电路；所述供电模块与电源切换电路的输入端连接，电源切换电路的输出端与一键开关机电路的输入端连接，一键开关机电路的输出端与稳压电路的输入端连接，稳压电路的第一输出端与基准电压电路的输入端连接，基准电压电路的输出端与压力传感器的激励电压输入端和A/D转换电路的基准电压端连接；稳压电路的第二输出端与主控单元的电源输入端相连，所述主控单元与一键开关机电路信号连接。

9.如权利要求8所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述供电模块采用可充电锂电池和外接电源。

10.如权利要求1所述的一种提供开源数据接口的大批量称量电子秤，其特征在于：所述通信模块还包括CC2540蓝牙芯片；所述数据存储模块采用W25Q64存储芯片；所述显示模块采用OLED显示屏。