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    杭州易測計量設備有限公司

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    地磅軟件作弊監控系統設計

    針對目前地磅軟件作弊問題,研制一套可在實際運行工況下實時監測稱重數據的系統。該系統采用 A /D 稱重模塊測量重量參數,基于人機界面架構,應用組態軟件開發設計,選用 SD 卡存儲實時數據,結合 3G 通信模塊實現數據信息的遠程傳輸功能。測試結果表明: 該系統不僅架構簡單、工作穩定,而且各項指標均達到設計要求,具有良好的可靠性和應用前景。
    0.引言
    地磅作為一種準確、方便、快捷的稱重計量設備是目前各行各業大宗物資貿易結算的主要計量器具。不法分子受利益驅使,屢屢利用高科技手段篡改稱重數據從而非法獲利,這種作弊行為給企業和個人帶來巨大損失甚至引起嚴重的經濟糾紛,因此地磅作弊是目前國內影響公平貿易最為嚴重的活動之一,也是我國計量監管的重點對象。在國務院計量發展規劃 ( 2013 ~ 2020 年) 中也明確提出“加強計量作弊防控技術和查處技術研究,提高依法快速查處、快速處理能力”的要求 。
    1.地磅的作弊原理
    地磅是質量計量中的一種常用計量設備,其工作原理是通過重力作用把待秤物品 ( 汽車) 的重量傳遞至稱重傳感器,傳感器輸出與重量數值成正比的電信號,經信放大以及模數轉換為數字信號,再由稱重儀表對數字信號進行處理后輸出重量值。
     
    目前再由稱重儀表對數字信號進行處理后輸出重量值的作弊方式主要分為兩種: 一種是修改稱重傳感器的電信號,這種作弊方式主要是將一電阻與遙控接收裝置串聯在傳感器的激勵電壓正端線中,然后通過遙控裝置對加裝在稱重傳感器線路上的電阻值進行調整,從而達到修改電信號的目的 另一種是修改稱重儀表芯片中的程序即軟件作弊,這種作弊方式只需要在稱重儀表鍵入作弊功能啟動密碼,就可以通過按下不同的按鍵得到不同倍數的稱重數據,從而達到修改稱重結果的目的 。
    雖然已經有科研人員提出了多種“再由稱重儀表對數字信號進行處理后輸出重量值的防作弊裝置系統”,但這些系統大多采用傳感信號監測技術、紅外定位技術、視頻識別技術,針對遙控作弊以及人為操作作弊的方式進行監控,對于軟件作弊,這類系統是無法進行有效監控的。
    因此針對軟件作弊的問題,本文設計一套不改變再由稱重儀表對數字信號進行處理后輸出重量值硬件結構又能實時監控的系統,分別通過觸摸屏顯示、SD 卡儲存實時稱重數據及監控情況、3G 通信模塊實現遠程通信功能。
    2.系統總體方案
     
    本系統主要由測量模塊和人機控制設備兩部分組成,系統組成框圖如圖 1 所示。測量模塊單獨對稱重傳感器的電信號進行實時采集轉換并通過RS485 總線傳輸至人機控制設備。人機控制設備作為系統核心負責測量模塊的參數設置,對測量模塊、顯稱重儀表傳輸的稱重數據進行對比分析并將分析結果示、存儲。
    該系統具有如下優點: ①體積小,造價低,核心控制單元僅需要一個人機控制設備; ② 系統采用RS485 總線作為控制單元和測量單元之間的通信方式,具備極強的抗干擾能力,能保證極低的出錯率; ③人機控制設備中設定一個數據保存機制,所有測得的數據信息在未通過無線傳遞到數據中心前都可以暫存到這個緩存里面,防止掉電丟失,極大地增加了監控系統的可靠性。
     
    3.系統設計與實現
     
    3.1系統硬件設計
     
    本系統主要包括兩個硬件部分,即測量模塊和人機控制設備。
     
    3. 1. 1 測量模塊
    測量模塊選用六線制的重量變送器,該模塊的 A / D 轉換速度為 480 次 /s,最高顯示誤差為 1 /30000。并且具有雙向隔離串行口功能,同時支持 232 與 485 通
    訊,支持 GM 協議、標準 ModBus RTU /ASCII 等協議,,測量模塊利用接線端子與稱重傳感器、稱重儀表并線連接,具體連接方式如圖 2 所示。
     
    3. 1. 2 人機控制設備
     
    人機控制設備硬件組成如圖 3 所示。
    1) MCU
    處理器選用了 S3C2416X 32 位 RISC 處理器,該處理器基于 ARM926EJ 內核實現了 MMU,AMBA 總線和哈佛緩存結構,具有獨立的 16 KB 指令和 16 KB 數據緩存。并通過提供一套完整的通用系統外設最大限度地減少整體系統成本,且無需配置額外的組件。為低功耗產品和高性能控制設備提供了一個高性價比、低功耗、高性能的解決方案。
     
    2) 存儲器
     
    該設備為了滿足嵌入式操作系統以及應用程序的需要,采用了 64 M 的 SDRAM 和 128 M 的 Flash ROM。
     
    3) 外設
     
    7 寸彩色 TFT LCD,800 × 480 四線電阻式觸摸屏。兩個通信接口,用于實現與測量模塊、汽車衡的通信,COM0:  RS232,COM1: RS485。另外還包含了一個SD /MMC 卡接口和一個 USB2. 0 接口。
     
    3. 2 系統的軟件設計
     
    系統軟件采用臺達公司專用的 DOPSoft 組態軟件。DOPSoft 是對現場數據進行采集與過程控制的專用監控組態軟件,是自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境。它能以靈活多樣的“組態方式”( 而不是編程方式) 進行系統集成,提供了良好的用戶開發界面和簡捷的工程實現方法。因此,只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態”,便可以非常容易地實現和完成監控層的各項功能,主程序流程圖如 4 所示。
     
    3.2. 1  建立監控界面
     
    工程共有 2 個窗口: 監控系統主控畫面窗口和基本參數設置窗口??蓪崟r監控地磅的稱重數據的變化。窗口如圖 5 所示。
     
    3.2. 2  配置 I /O 設備
     
    組態軟件通過 I /O 驅動程序從測量模塊獲得實時數據,對數據進行必要處理后,實時數據以數字方式直觀顯示在觸摸屏上。本系統采用 PLC I /O 驅動程序的設置: I /O 設備組態 - PLC - 項上雙擊添加設備驅動,然后在設備名稱、更新周期、超時時間項目上添加設備名稱 PLC 等設置,周期和超時時間默認設置即可。設備地址與 PLC 中設置的 MPI 地址應一一對應,即完成了 I /O 設備驅動連接。
     
    3. 2. 3 創建數據庫
     
    數據庫是整個監控軟件的核心,創建數據庫并進行數據庫點與測量模塊的數據連接,將實時數據、分析結果、系統信息等以一定的組織形式存儲在 SD 卡上。
     
    4.實驗測試
     
    4.1監控主界面
     
    通訊狀態: 當前監控終端與稱重儀表通訊狀態,當通訊中斷時狀態顯示“異常”;監控狀態: 當監控終端與稱重儀表的差值在設定范圍內時顯示“正常”,否則顯示為“CHEAT”。
    4.2  判定參數設置界面
    點擊屏幕下部星號位置系統彈出輸入密碼框,密碼正確顯示;
     
    設定重量目標差值: 當監控終端與稱重儀表的稱重數據之間的差值超過了該目標差值,監控狀態處顯示“CHEAT”,并把相關數據存入到文件中;
     
    根據重量值判斷下衡: 當稱重儀表重量值小于該值時監控終端認為汽車下衡;
     
    判斷上衡穩定時間: 監控終端根據該時間判斷重量變化是否小于穩定變化范圍的值,小于時系統認為汽車完全上衡,否則繼續等待稱重儀表的數據變化。
     
    4.3  實驗結果
     
    在實驗期間,利用模擬稱重平臺對本系統進行 4次稱量測試,得到表 1 數據結果。
     
    通過以上數據可知,本系統準確度符合 III 級秤要求,與稱重儀表的最大誤差為 2 個分度值,滿足實際應用的準確度要求。
     
    5.結束語
    本文設計的監控系統能在不破壞地磅硬硬件的基礎上實時監控其有無作弊行為,換被動追查為主動監管,一方面可廣泛應用于港口碼頭、機場物流以及冶金、建材、電力、糧食等行業的大宗貿易結算之中,有效保護相關企業的切身利益,維護市場經濟秩序的有效運行; 另一方面更能為計量監管部門的地磅硬作弊防控和監管提供先進、準確、有效的技術支持,為加快計量檢測服務體系的建立健全特別是強化民生計量的有效監管發揮積極作用。
     
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