CN116412892A - 一种智能称重货架零点漂移补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能称重货架零点漂移补偿系统及方法，系统包括各个货架、称重模块、输入模块、计算模块、输出模块，称重模块获取货架上每个位置的重量数值，输入模块用于输入各位置上物品摆放种类，以及每种物品的单个重量数值，计算模块根据称重模块得到的物品重量变化值和单个重量数值，得到货架上各位置物品数量的变化值，并在重量数值存在零点漂移时对零点重量数值进行修正；输出模块用于输出物品数量变化值。本发明能够在便捷的实现称重货架对取放动作及取放数量的判断及计算的基础上，当系统出现零点漂移时，对零点重量数值及时修正，进行实时高效的自动跟随补偿，消除零点漂移造成的结果误差，保证输出数据的准确性。

Description

一种智能称重货架零点漂移补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及货架管理系统领域，具体涉及一种称重货架。

背景技术

传统货架摆放物品需要库管人员实时记录出入库品类和数量情况，一旦货物更换位置，需要及时手动更新相应标签，且无法直观指引物品的位置。整体来讲，传统货架对物品的管控和流通效率较低，对库管人员的可靠度和依赖性较高。

智能称重货架是一种基于称重传感器与处理算法、对货架上放置的物品自动进行数量计算的设备，配合上位机系统可实现物品的自动引导、无感领用、自动盘点等业务功能。其中，智能称重货架使用的传感器为普通的高精度称重传感器，该类型传感器会受温度影响产生零点漂移，导致数据出现误差。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种可避免零点漂移影响、输出数据精确、响应速度快及抗干扰性高的智能称重货架零点漂移补偿系统及方法。

技术方案：本发明所述一种智能称重货架零点漂移补偿系统，包括；

各个货架；

称重模块，所述称重模块设置在货架上各物品摆放位置上，获取每个位置的重量数值；

输入模块，用于输入各位置上物品摆放种类；

计算模块，所述计算模块根据称重模块得到的物品重量变化值和单个重量数值，得到货架上各位置物品数量的变化值，并在重量数值存在零点漂移时对零点重量数值进行修正；

输出模块，用于输出计算模块得到的货架上各位置物品数量变化值。

进一步，所述称重模块分别与输入模块及输出模块一一对应。

进一步，所述计算模块通过本地传输或网络传输与输出模块进行数据传递。

一种智能称重货架零点漂移补偿方法，包括以下步骤：

(1)输入货架上每个位置上对应摆放的物品种类，获取零点重量数值；

(2)在每个采样周期，获取货架上每个位置当前的重量数值，并进行首次滤波；

(3)在每个取放行为检测周期，当连续两个取放行为检测周期的重量变化值大于等于第一阈值时，存在取放行为，计算取放物品数量；

(4)通过取放过程的重量变化值和物品的单个重量数值计算取放的数量；

(5)步骤(2)滤波后的重量数值均进行二次滤波；

(6)在每个重量变化检测周期，若重量变化值大于等于第二阈值时，表示重量数值处于变化状态，若重量变化值小于第二阈值时，表示重量数值处于稳定状态；

(7)在每个稳态偏移检测周期，若处于稳定状态的重量数值超过零点漂移阈值，且持续时间超过漂移时间阈值，将该位置上的零点重量数值进行修正。

进一步，步骤(1)通过放置已知数量的物品得到总重量数值，计算出每种物品的单个重量数值。

进一步，步骤(2)获取的重量数值经过三次低通滤波处理。

进一步，步骤(5)二次滤波时，获取的重量数值经过三次低通滤波处理。

进一步，步骤(4)计算取放数量时，出现重量变化值与物品的单个重量数值无法整除的现象，通过增加补偿系数后取整，得到最终取放数量。

进一步，步骤(6)将存在零点漂移后的重量数值减去物品的单个重量数值乘以当前物品数量，得到零点重量数值的修正值。

有益效果：1、本发明能够在便捷的实现称重货架对取放动作及取放数量的判断及计算的基础上，当系统出现零点漂移时，对零点重量数值及时修正，进行实时高效的自动跟随补偿，消除零点漂移造成的结果误差，保证输出数据的准确性；

2、通过滤波过程，能够对外界异常抖动进行过滤，同时保证当发生取放动作时，能够得到精确的判断，具有数据的抗干扰性和跟随性；

3、计算过程中，通过补偿系数的添加对于得到的取放物品数量变化值给予容错范围，保证系统的正常运行。

附图说明

图1为本发明智能称重货架零点漂移补偿系统架构示意图；

图2为未首次滤波时的重量AD值波形图；

图3为未首次滤波时且收到外部异常抖动干扰的重量AD值波形图；

图4为首次滤波后的重量AD值波形图；

图5为首次滤波后且收到外部异常抖动干扰的重量AD值波形图；

图6为发生取放物品行为的重量AD值波形图及AD值变化情况示意图；

图7为二次滤波后的重量AD值波形图；

图8为二次滤波后且收到外部异常抖动干扰的重量AD值波形图；

图9为二次滤波后的重量AD值波形图；

图10为发生零点漂移后的重量AD值波形图；

图11为零点AD值修正前后变化示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

一种智能称重货架零点漂移补偿系统，如图1所示，包括各个货架、称重模块、输入模块、计算模块和输出模块。

在本实施例中，每个货架对应设置一个节板，以3个货架为例。每个货架上的摆放位置对应设有一个传感器(即称重模块)，每个传感器对应连接一个变送器(即计算模块)。每个变送器对应一个串口屏，变送器和串口屏通过RS232接口连接，串口屏可作为输入模块和输出模块使用，进行参数的设置和结果显示。每个货架上的各个变送器数据传递给对应节板后，通过网关汇总至上位机，上位机的体现形式可以为一体机主控屏，作为另一输出模块。变送器、节板、网关及上位机的数据传递可采用CAN通讯协议进行网络传输。

在上位机输入各货架对应各位置的摆放物品种类、编号等信息，此信息将对应在各个串口屏中进行显示。传感器获取货架上每个位置物品摆放后的重量，变送器根据传感器得到的物品重量变化值和单个物品的重量，相除计算出该位置上物品数量的变化量，并在重量数值变化量存在零点漂移时进行修正。在这里所说的重量数值，均为传感器获取的重量传递给变送器采集到的AD值。

采用上述补偿系统的智能称重货架零点漂移补偿方法，包括以下步骤：

(1)在上位机中输入所有货架的各指定位置、及各位置对应存放的物品种类，该信息可在各位置对应的串口屏上进行显示，包括品类属性、存放位置信息。

(2)进行零点校准；当系统初次使用时需进行零点校准，具体的是获取该位置未摆放物品时传感器采集到的AD值，即零点AD值ad_std_0。

(3)进行物品校准；当系统初次使用或放置物品种类有变化时需进行物品校准，物品校准是获取该位置放置指定数量a1的物品时传感器采集到的总AD值即ad_std_1，进而计算得出的单个该物品的AD值ad_unit：

ad_unit＝(ad_std_1-ad_std_0)/a1。

(4)首次滤波；设定数据采样周期为T0，每间隔T0货架上每个位置的传感器获取当前重量并传递给相应变送器，得到重量AD值，这里得到的重量AD值需进行3次低通滤波，滤波原理如下：

假设当前采集到的重量AD值为in1，设定滤波系数为tc1，1次滤波输出值v1，2次滤波输出值v2，3次滤波输出值v3，最终滤波输出值v_out；设定初始滤波值为v0，这里的初始滤波值v0为变送器上电运行时，第一次采集到的重量AD值；

v1＝(1-tc1)×v0+tc1×in1；

v2＝(1-tc1)×v2+tc1×v1；

v3＝(1-tc1)×v3+tc1×v2；

v_out＝v3；

经过3次低通滤波，变送器得到的重量AD值波形较为平稳，兼具跟随性及抗干扰性；这里的跟随性是指在重量发生变化时，AD值的波形能够及时做出相应的波形变化，数据采集更加灵敏；抗干扰性是指，在该位置存在外界的异常抖动(非取放物品行为产生)时，3次低通滤波过程能够使得到的AD值波形依然平稳，避免了非取放行为对数据采集的影响，保证数据的准确性。

如图2所示，若没有滤波处理，可以看出得到的重量AD值波形为抖动的；若存在外部异常抖动(例如人为踢到货架)，如图3所示，波形发生了幅度更大的抖动。经过3次低通滤波处理后，上述两种情况得到的AD值波形如图4、5所示，数值变化趋于平稳，上下浮动范围符合系统对于稳定状态的要求。

(5)判断是否存在取放行为；设定取放行为检测周期为T1(T1≥T0)，稳定状态下允许AD值波动的阈值为M1，当前取放行为检测周期采样得到的重量AD值为v_out_A，上次取放行为检测周期采样得到的重量AD值为v_out_B，C为两者差值的绝对值即重量变化值：

C＝|v_out_A-v_out_B|；

以上用来计算的AD值数据来源于执行首次滤波后的输出值v_out；

每隔T1计算一次C值，将C值与阈值M1进行比较，C大于等于M1时，表示当前重量存在变化，即由取放物品动作产生了AD值的波形变化，而非外界其他干扰引起的数据抖动，C小于AD值波动阈值则标明当前位置处于稳定状态。

从图6上图可以看出，变送器获取的AD值波形发生了上下跳变，且该浮动值大于阈值M1，表明该位置存在取放行为。具体的，AD变化值C发生了负、正、负、正四次变化，即存在取、放、取、放四次动作。

(6)计算取放物品数量；当步骤(5)重量AD值跳变稳定后，相当于发生一次物品取放动作，当前计算周期物品数量为n；

当前的重量AD值为v_out，步骤(2)中已得出零点AD值为ad_std_0，步骤(3)中已得出物品的单个重量AD值为ad_unit，由此得出：

n＝(v_out-ad_std_0)/ad_unit；

将当前计算周期的物品数量与上一计算周期的物品数量相减，并取绝对值，得到该次取放物品的数量；相减值为正数时，为放的动作，相减值为负数时，为取的动作；

由于重量AD值存在一定的波动，因此上述计算存在无法整除的现象，为了保证在数据波动的情况下得到一个准确的整数重量值，需要结合波形规律对上述结果进行补偿计算：

n＝int[(v_out-ad_std_0)/ad_unit+f]；

式中f为补偿系数，该系数目的是提升计算结果的容错性，取范围：0<f<1。

这里对补偿系统f进行解释，在充分考虑到传感器数据上下波动的前提和规律下，并在实际测试结果的支撑下，预设一个合理的范围，将在这个范围内的数据取一个整数值最终输出。

例如f＝0.5，[n-0.5，n+0.5)范围内取整为n，即预留上下各为0.5个物品重量AD值的波动范围。结论：f＝0.5，适用于传感器波形在整数值上下出现的频率相当的场景；

例如f＝0.3，[n-0.3，n+0.7)范围内取整为n，即对整数值以上预留0.7个物品重量AD值的波动范围，对整数值以下预留0.3个物品重量AD值的波动范围。结论：f＝0.3，适用于传感器波形在整数值以上的频率高于在整数值以下场景；

例如f＝0.7，[n-0.7，n+0.3)范围内取整为n，即对整数值以上预留0.3个物品重量AD值的波动范围，对整数值以下预留0.7个物品重量AD值的波动范围。结论：f＝0.7，适用于传感器波形在整数值以下的频率高于在整数值以上场景。

(7)二次滤波；基于步骤(4)首次滤波，滤波后的数据v_out直接进行二次滤波，与步骤(4)的滤波过程相同，进行3次低通滤波，过程再次不再赘述，可得到抗干扰性更强、波形更平滑的重量AD值z_out；

图7和8比较，执行二次滤波的重量AD值数据相较执行首次滤波的重量AD值和原始重量AD值数据，具有极强的抗干扰性和数据平滑性。

(8)监测二次滤波后的重量AD值变化趋势；设定重量变化检测周期为T2，设定稳定状态下允许AD值波动的阈值为M2，当前重量变化检测周期采样得到的AD值z_out_D，上次重量变化检测周期采样得到的AD值z_out_E，F为两者差值的绝对值即重量变化值：

F＝|z_out_D-z_out_E|；

以上用来计算的AD值数据来源是执行二次滤波后的输出值z_out。

每隔T2计算一次F值，将F与阈值M2进行比较，当F大于等于M2时，表示当前二次滤波的输出值z_out处于变化状态，当F小于M2时，表示当前二次滤波的输出值z_out处于稳定状态；

当二次滤波z_out的状态出现变化至稳定的切换时，系统会将处于稳定状态后首次采样的AD值记录下来，作为稳态比较值s，该值用于后续的零点漂移检测和修正。

图9可以看出，执行双重滤波后的输出数据出现变化时，变化数据也向下跳变，表明系统进入变化状态；双重滤波后的输出数据趋于平稳后，变化数据向上跳变，表明系统进入稳定状态。

(9)设定稳态偏移检测周期为T3，在没有取放动作即稳定状态下，若二次滤波的输出值z_out在稳态偏移检测周期T3内的变化量即稳态偏移值sc超过零点漂移阈值M3，且持续时间超过漂移时间阈值T4，则会触发系统的零点漂移补偿机制，对零点AD值ad_std_0进行修正。

若当前重量变化检测周期得到的二次滤波输出AD值为z_out_G，稳态比较值为s，sc为两者的差值绝对值即稳态偏移值：

sc＝|z_out_G-s|；

当sc大于等于M3，且持续T4即T4/T3个稳态偏移检测周期时，则表明传感器出现了零点漂移现象，此时会触发系统的零点漂移补偿机制，对零点AD值进行修正。

这里，对零点漂移阈值M3进行说明，M3应取值远小于单个物品重量AD值ad_unit(例如M3＝ad_unit/20)，避免偏移量阈值过大，触发过于滞后，影响了总物品数量n的计算，进而影响修正效果。其目的是在偏移量很小，且没有影响到物品数量n的情况下，及时检测到偏移情况，进行零点补偿修正，消除偏移量，保证最终物品数量的稳定性和准确性。若偏移量阈值M3设置为3倍单个物品重量AD值，即M3＝3×ad_unit，则在触发系统零点漂移补偿机制时，总的AD值已增大了M3即增大了3×ad_unit，继而计算出的总物品数量n也会相应增大，进一步，会导致后续修正零点AD值发生较大偏差。

假设当前AD值z_out_G发生零点漂移，基于步骤(3)中得到单个物品AD值ad_unit，步骤(6)得到当前物品数量n，修正后的零点AD值为ad_std_0：

ad_std_0’＝z_out_G-n×ad_unit；

此时零点AD值ad_std_0’即为修正漂移后的正确零点AD值。

该值更新后，整个系统的计算会基于新的、正确的零点AD值得出稳定的物品数量值，而不会因为零点漂移造成物品数量变化。

如图10所示，原始输出数据、普通滤波后的输出数据和双重滤波后的输出数据基本重合，表明系统处于稳定状态；稳态偏移值持续大于M3，此处以M3＝10为例，在时间轴为117500之后将触发零点补偿条件，进行零点补偿处理。如图11所示，由于存在稳态偏移情况，执行该算法的系统将自动判断稳态偏移情况，及时跟随变化并进行零点数据补偿，当未发生取放行为的稳定状态下，二次滤波输出AD值z_out出现超出偏移阈值和偏移时间阈值的增加时，为了保持物品数量n的稳定，执行零点漂移正补偿即相应增大零点AD值，如图所示，系统自动增大了零点AD值。同理，当二次滤波输出AD值z_out出现超出偏移阈值和偏移时间阈值的减少时，为了保持物品数量n的稳定，执行零点漂移负补偿即相应减小零点AD值。系统周期性的执行上述漂移检测机制，可及时地、动态地消除零点漂移的影响，保证最终输出物品数量的稳定性。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (9)

1.一种智能称重货架零点漂移补偿系统，其特征在于，包括；

各个货架；

称重模块，所述称重模块设置在货架上各物品摆放位置上，获取每个位置的重量数值；

输入模块，用于输入各位置上物品摆放种类；

计算模块，所述计算模块根据称重模块得到的物品重量变化值和单个重量数值，得到货架上各位置物品数量的变化值，并在重量数值存在零点漂移时对零点重量数值进行修正；

输出模块，用于输出计算模块得到的货架上各位置物品数量变化值。

2.根据权利要求1所述的智能称重货架零点漂移补偿系统，其特征在于，所述称重模块分别与输入模块及输出模块一一对应。

3.根据权利要求1所述的智能称重货架零点漂移补偿系统，其特征在于，所述计算模块通过本地传输或网络传输与输出模块进行数据传递。

4.一种智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)输入货架上每个位置上对应摆放的物品种类，获取零点重量数值；

(2)在每个采样周期，获取货架上每个位置当前的重量数值，并进行首次滤波；

(3)在每个取放行为检测周期，当连续两个取放行为检测周期的重量变化值大于等于第一阈值时，存在取放行为，计算取放物品数量；

(4)通过取放过程的重量变化值和物品的单个重量数值计算取放的数量；

(5)步骤(2)滤波后的重量数值均进行二次滤波；

(6)在每个重量变化检测周期，若重量变化值大于等于第二阈值时，表示重量数值处于变化状态，若重量变化值小于第二阈值时，表示重量数值处于稳定状态；

(7)在每个稳态偏移检测周期，若处于稳定状态的重量数值超过零点漂移阈值，且持续时间超过漂移时间阈值，将该位置上的零点重量数值进行修正。

5.根据权利要求4所述的智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，步骤(1)通过放置已知数量的物品得到总重量数值，计算出每种物品的单个重量数值。

6.根据权利要求4所述的智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，步骤(2)获取的重量数值经过三次低通滤波处理。

7.根据权利要求4所述的智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，步骤(5)二次滤波时，获取的重量数值经过三次低通滤波处理。

8.根据权利要求4所述的智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，步骤(4)计算取放数量时，出现重量变化值与物品的单个重量数值无法整除的现象，通过增加补偿系数后取整，得到最终取放数量。

9.根据权利要求4所述的智能称重货架零点漂移补偿方法，其特征在于，步骤(6)将存在零点漂移后的重量数值减去物品的单个重量数值乘以当前物品数量，得到零点重量数值的修正值。

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