基于无线传输的智能电子秤数据采集统计系统设计研究

唐荣芳

（广西工业职业技术学院 广西 贵港 537100）

0 引言

智能电子秤广泛应用于智慧农贸、食品零售、生鲜仓储配送和工业加工生产中，其称重的准确性离不开稳定可靠的数据采集系统[1]。因此，对智能电子秤称重数据的准确采集与统计具有重要的研究意义，国内外相关研究学者针对智能电子秤数据采集统计系统进行了深入研究，其中国内学者彭茗等[2]采用STC89C52 单片机作为数据采集控制核心装置，对电子秤的数据传输进行了研究，可以满足适量商品信息的数据采集，但其数据不够精确且无法实现数据统计。国外研究学者针对智能电子秤的研究较少，大多研究电子式的智能数据采集系统，但数据采集耗时较长。

本文针对目前电子秤数据采集统计不精确及耗时较长的问题，引入无线传输技术，设计了一种新的智能电子秤数据采集统计系统。系统中采用的无线传输技术在一定程度避免了传统有线传输方式的局限性[3]，同时也打破了空间上的束缚，简化了远程数据传输流程，降低了数据采集及统计时间[4]。无线传输技术通过互联网，使得数据的实时传输效率大大提高，对于由客观因素造成的传输延时也得到了有效控制[5-6]，避免了数据冗余。测试结果表明，所设计的系统能够准确采集农贸交易市场的商品数据，提高了农贸市场交易效率。

1 硬件设计

1.1 硬件装置总体结构

基于无线传输的智能电子秤数据采集统计系统的硬件结构，主要由微处理器模块、无线传输装置模块、显示模块组成。微处理器模块是系统的主要模块，主要负责整个系统的逻辑运算，对采集到的数据进行处理和存取，对用户的指令进行执行。无线传输装置模块用于传递称量数据信息，将采集到的信息数据传输到计算机。显示模块主要用于显示商品的信息，包括重量、单价，金额等信息。智能电子秤硬件装置总体结构见图1。

1.2 无线传输装置模块

在智能电子秤称重数据采集的过程中，需要最大限度降低数据的损失，提高数据采集精度[7]。一般情况下，电子秤的称重传感器输出信号都是以国际标准电压信号0 ～9.12 mV 为基础设置的[8]，为此，本文选用海芯科技公司生产的SMZHHX-711 作为系统的无线传输装置，具有高集成性的SMZHHX-711 芯片可以充分满足数据采集高精度的要求，同时也节省了传统单片机数据传输阶段对I/O 口的需求，实现了对电子秤数据信息的高效传输。SMZHHX-711 自带A/D 转换器芯片，其分辨率可以达到24位，借助SOP-16L 的封装处理，SMZHHX-711 只需要 4 根I2O 总线就可以实现与单片机的连接。其电路原理图见图2。

SMZHHX-711 结构设计小巧、抗干扰性能高、响应速度高效，其内置的芯片内可以与电子秤的称重传感器建立交互关系，在不需要任何外接器件的条件下，其自带的时钟振荡器可通过调节上电自动复位，完成对128 倍/64 倍增益差分输入方式的选择。SMZHHX-711 的串行接口与外围电路构成系统的通信模块，在两路接收器和驱动器的作用下，采用单向+5V 供电，可使得通信模块稳定运行，当SMZHHX-711 与对应设备的RS-232（DP-9）标准串行数据通信接口建立连接关系后，可通过引脚实现DOUT 的输入和输出。

1.3 微处理器模块

微处理器模块是系统的主要模块，主要负责整个系统的逻辑运算，对采集到的数据进行处理和存取，对用户的指令进行执行。微处理器的运行速度和稳定性对数据采集统计系统有着重要的影响，为此，本文选择Atmel 公司生产的AVR-ATmega10.0 作为系统的微处理器装置。与其他类型的微处理器相比，AVR-ATmega10.0 具有更加丰富的片上集成模块，可以为系统后期功能的开发提供便利条件。其采用的CMOS 工艺生产使得AVR RISC 结构能够满足64位编程需求，同时也降低了系统对外部其他硬件的连接需求，使得相关功耗的控制效果更加理想。微处理器的外围结构见图3。

在额定运行状态下，AVR-ATmega10.0 对数据的处理效率可以达到3.0 MIPS/MHz，这对于提高数据采集的效率具有积极的作用。AVR-ATmega10.0 共包含了35 个工作寄存器，通过建立不同指令集之间的连接关系，可以在一个时钟周期内完成对两个独立寄存器的访问操作。同时，AVRATmega10.0 内部集成的存储器也为特殊情况下的数据管理提供了充足空间。除此之外，AVR-ATmega10.0 内部包含一个10 位的ADC 模数转换器，采用逐次逼近方式与8 通道模拟多路复用器连接后，可以同时实现对8 路单端输入电子秤称重数据的采集。

1.4 显示模块

显示模块装置主要用于显示商品的信息，包括重量、单价、金额等信息。本设计采用TFT 真彩液晶示屏，带触摸输入，分辨率是800×480，大小为5 寸，LED 背光类型，亮度达到400 cd/m2，可触摸次数达到100 万次以上，经久耐用，方便快捷。TFT 真彩液晶示屏见图4。

2 软件设计

2.1 系统主程序设计

基于无线传输的智能电子秤数据采集统计系统软件设计采用C 语言编写，模块化设计。首先系统进行初始化，当系统检测到重物时，获取称重数据，然后对数据进行处理后再显示，其次判断数据是否稳定。如果数据不稳定，则继续进行获取称重数据；如果数据稳定，则进行计算并显示总价，然后与上位机建立无线通信连接，把数据发送到上位机，最后结束。主程序流程图见图5。

2.2 智能电子秤数据采集程序

在构建了以称重传感器为基础的上位机构架后，本文对智能电子秤数据采集统计系统进行了设计，主要包括目标参数值输入模块、数据传输控制模块和串口设置模块3 部分。其中输入控制模块在接收到SMZHHX-711 传输的数据信息后，输入校准框会对其进行初步的加载。数据传输控制模块主要是根据电子秤的交易频率对数据传输的效率进行调节，电子秤在进入工作状态后，直至其回到停止运行模式的整个过程中，能够确保产生过的数据不会出现丢失现象。串口设置模块采用SMZHHX-711 芯片，SMZHHX-711 的串口为数据信息设置了对应的名称栏、参数栏和指标栏。当系统启动后，开启上位机，只要输入获取数据的属性参数，即可实现对目标数据的采集。需要注意的是，系统数据采集阶段的复位操作需要在完成一次完整的数据采集之后实现，因此需要对相应的信息进行前缀编码，以此避免出现重复采集的情况。数据采集模式下系统上位机运行的流程图见图6。

按照图6 所示的运行流程图，用户可根据实际的需求获取交易信息表，从而实现对智能电子秤称重数据的个性化采集。

2.3 智能电子秤数据统计程序

在采集完智能电子秤称重数据后，需对其进行统计分析，根据分析结果可以判定市场商品交易信息的准确性和可靠性。为此，本文将采集到的数据临时储存到AVRATmega10.0 储存器中，并按照数据的类型对其进行个性化统计。具体统计流程是：先对采集到的称重数据进行精密加载，然后工作人员在PC 端为系统输入目标参数值，AVR-ATmega10.0 将该值作为交易数据的统计基础。

系统对交易数据的统计分为两种情况，一种情况是以商品交易总量和交易金额为基础的数据统计，假设输入的参数值为单价，当存在：

此时则认为交易数据无异常。其中，Q表示采集到的交易总金额，n表示采集到的交易总数量，q表示系统输入的单价参数值。当式（1）不成立时，则认为对应商品的交易数据存在异常，系统会做出报警处理，需进行下一步的查验。

另一种情况是单纯以重量为基础的数据统计，此时要求输入系统的参数值为交易的重量规定阈值，假设该阈值为（minW，maxW），那么当存在：

此时则认为交易数据无异常。其中，w表示采集到的交易重量数据，minW为重量规定阈值最小值，maxW为重量规定阈值最大值。当式（2）不成立时，则认为交易商品数据存在异常，系统会做出报警处理，需进行进一步查验。

以上两种数据统计方法都可以实现对智能电子秤称重数据的统计分析，当交易数据出现异常时，系统会做出报警处理并能及时纠正。

3 系统测试

为了进一步分析本文所设计的数据采集统计系统的实际应用效果，进行了测试研究。

3.1 测试环境设置

本文以某农贸交易市场的5 个智能电子秤为测试目标，涉及商品种类共计17 种，以某日工作期间内的交易数据为基础，采用本文设计的系统对其进行采集和统计。为了对比系统的性能，在完成测试后，导出每个智能电子秤当天的计量数据，与系统的数据结果进行对比，采集统计结果见表1。

表1 测试智能电子秤实际交易信息统计表

3.2 测试结果

在获得测试数据后，本文对5 个智能电子秤交易数据的采集结果与实际导出结果进行了对比分析，大多数数据完全一致，包括交易次数、交易总量以及交易金额。但是，其中也包含存在差异的数据，具体为SKJY005 电子秤中的012 商品，交易次数为15 次，交易重量为17.63 kg，但是交易金额为59.29，系统输出结果显示为异常。对012 商品的15 条交易记录进行进一步分析后，发现其中一笔交易记录单价与其他交易单价存在差异，并显示与011 商品一致，由此可以判定其在交易过程中出现了操作失误。测试结果表明，本文设计的数据采集统计系统可以准确获取智能电子秤称重数据，当发现异常交易数据问题，系统会做出报警并能及时纠正。

4 结语

智能电子秤数据采集结果的可靠性对于后续交易的顺利推进具有重要的现实价值，而庞大的交易规模也对数据采集、数据统计提出了更高要求。本文针对目前电子秤数据采集统计不精确及耗时较长的问题，引入无线传输技术，设计了一种新的智能电子秤数据采集统计系统，该系统能同时准确采集多个电子秤的称重数据，提高数据采集的传输效率，确保各个交易数据的可靠性。