唐榮芳

（廣西工業(yè)職業(yè)技術學院，廣西貴港，537100）

0 引言

隨著人們基本生活需求的不斷提高，對于飲食的要求也呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢[1]。禽類作為一種飲食結(jié)構(gòu)中普遍存在的類型，其交易量極為龐大[2]。且與其他農(nóng)作物類的交易相比，為了確保質(zhì)量，一般是以活禽交易的方式進行的，因此在稱重計量階段，難度相對較大。為此，本文借助ARM處理器的優(yōu)勢，提出基于ARM精確實時獲取活禽交易信息的智能電子秤設計研究，并開展了實驗測試分析了設計電子秤的實際應用效果。通過本文的研究，也希望可以為市場活禽交易提供幫助。

1 硬件設計

1.1 硬件裝置基本結(jié)構(gòu)

ARM精確實時獲取活禽交易信息的智能電子秤硬件設計，主要由ARM處理器、稱重傳感裝置、數(shù)據(jù)實時傳輸裝置組成。ARM處理器主要用于中控系統(tǒng)與RISC處理器之間的數(shù)據(jù)存取，具有穩(wěn)定中控系統(tǒng)運行和提高操作能力的作用。稱重傳感裝置用于獲取活禽交易信息，可以有效避免誤差數(shù)據(jù)信息，確保稱量結(jié)果的精確度，為智能電子秤實際應用提供保障。數(shù)據(jù)實時傳輸裝置用于傳遞稱量數(shù)據(jù)信息，將采集到的活禽交易信息數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)接嬎銠C，能夠提高信息數(shù)據(jù)采集、存取效率。智能電子秤硬件裝置基本結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 硬件裝置基本結(jié)構(gòu)

1.2 ARM處理器

為了確保設計的電子秤可以實現(xiàn)對活禽交易數(shù)據(jù)的實時獲取，本文采用ARM公司生產(chǎn)的作為電子秤的處理器，其攜帶了ARM的原裝正版開發(fā)工具，編譯環(huán)境和嵌入式實時操作系統(tǒng)使得用戶可根據(jù)自身的需求，實現(xiàn)從Armv4.0至Armv8.0的CoreSight跟蹤[5]。在遠程控制方面，借助3.0USB和千兆以太網(wǎng)的支持，指令代碼的最快傳播速度為12.0MB，同時自帶JTAG時鐘，效率為120MHz，可以滿足電子秤的軟件開發(fā)需求[6～7]。在標準單端信號的調(diào)試模式下，DSTREAM-DS5借助32個引腳的支撐，可以實現(xiàn)125MHz的串行調(diào)試。不僅如此，DSTREAM-DS5還包含8GB的內(nèi)存空間，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的臨時存儲。在額定狀態(tài)下運行時，DSTREAM-DS5的交互電壓范圍為1.20～3.30V，表現(xiàn)出低功耗的特征。為了適應不同功能開發(fā)環(huán)境的需求，DSTREAM-DS5支持ARM和Thumb 兩種指令集合，對應的長度分別為 16 位和32 位。在此基礎上，DSTREAM-DS5還提供了非常豐富的片上外設資源，滿足不同環(huán)境的編程的需求，具體如圖2所示。

圖2 DSTREAM-DS5處理器

在實際的運行過程中，DSTREAM-DS5包含具有用戶模式和系統(tǒng)模式兩種狀態(tài)，通過軟件設置，實現(xiàn)不同模式之間的快速轉(zhuǎn)換，利用ICE-RT 邏輯和嵌入式跟蹤宏核，使得DSTREAM-DS5在調(diào)試階段不會受到高集成度的影響而出現(xiàn)延遲。DSTREAM-DS5內(nèi)部設置的37個寄存器（30個通用寄存器，7個狀態(tài)寄存器）也為指令的執(zhí)行速度提供了良好保障。除此之外，DSTREAMDS5采用的體系構(gòu)架為32 位精簡指令集（RISC）處理器架構(gòu)，通過構(gòu)建實體暫存器與內(nèi)存和協(xié)處理器之間的空間對應關系，縮短數(shù)據(jù)存取的時間開銷。

1.3 稱重傳感裝置

要實現(xiàn)對活禽交易信息的準確獲取，其基礎是電子秤準確對活禽的重量進行準確計量。為此，本文設計了以電磁力式傳感器為基礎的稱重傳感裝置。其不僅在具體的工作原理上表現(xiàn)出較高先進性，同時也在稱量精度上表現(xiàn)出較高的可靠性?？紤]到活禽本身的溫度和濕度狀態(tài)會對電子秤的工作環(huán)境造成一定的影響，利用電磁力式傳感器也可以將該部分影響最小化。從安裝應用角度分析，電磁力式傳感器結(jié)構(gòu)雖然與現(xiàn)階段應用廣泛的電阻應變片式傳感器相比更加復雜，但是其避免了活禽在稱重過程中對彈性敏感元件應力造成的電阻應變計動態(tài)波動，降低了稱重的時間成本，整體性價比更高。本文應用的電磁力式傳感器示意圖如圖3 所示。

圖3 電磁力式傳感器

在實際應用過程中，按照稱量活禽的重量范圍對電磁力式傳感器的型號進行選擇，確保傳感器的量程與載荷匹配，這也是決定稱量準確度的重要環(huán)節(jié)之一?？紤]到秤體的自重、皮重因素，綜合電子秤的可靠性和使用壽命需求，本文設計磁力式傳感器的量程為 0～20.0kg，以此確保在進行活禽稱重階段不會出現(xiàn)“爆表”的情況，同時最大限度提高稱重結(jié)果的準確性。

1.4 數(shù)據(jù)實時傳輸裝置

選擇無線網(wǎng)絡傳輸裝置完成數(shù)據(jù)實時傳輸。無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸技術具有操作簡單、便捷的優(yōu)勢，可以達成無線通信設備與計算機之間信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。無線網(wǎng)絡傳輸裝置支持通信協(xié)議，通過無線網(wǎng)絡技術將采集到的活禽交易信息數(shù)據(jù)精準實時傳輸?shù)接嬎銠C，提升信息數(shù)據(jù)采集、存取效率。通用筆記本電腦具有無線網(wǎng)絡技術功能，可以直接利用無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信功能完成智能電子秤設備數(shù)據(jù)實時傳輸。臺式電腦需要通過配置無線網(wǎng)絡適配器的方式，實現(xiàn)活禽交易信息數(shù)據(jù)精準實時傳輸。

2 軟件設計

2.1 主程序設計

精準實時獲取活禽交易信息的智能電子秤軟件設計采用C語言編寫，模塊化設計。首先系統(tǒng)進行初始化，當系統(tǒng)檢測到重物時，通過電磁力式傳感器采集數(shù)據(jù)，然后對稱重數(shù)據(jù)進行濾波處理后再顯示，判斷是否超重，如果超重，則進行報警處理并重新對系統(tǒng)初始化，如果不超重，則計算商品金額并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機，最后結(jié)束。主程序流程圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

2.2 稱重數(shù)據(jù)過濾

利用電磁力式傳感器對活禽的質(zhì)量進行稱重時，由于稱量過程中活體的不穩(wěn)定性，要求DSTREAM-DS5處理器對稱重數(shù)據(jù)做出快速穩(wěn)定地識別過濾。為此，當DSTREAMDS5接收到電磁力式傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息后，先對數(shù)據(jù)進行簡單的前期濾波處理。考慮到稱重的靈敏度以及實時性，本文將濾波數(shù)組的長度設定為采集數(shù)據(jù)大小的3.0%。此時的濾波操作可以表示為：

其中，x'表示濾波操作后的稱重數(shù)據(jù)，x表示DSTRE AM-DS5接收到的電磁力式傳感器稱重數(shù)據(jù)，?表示濾波操作。通過式（1）的濾波處理后，將得到的稱重結(jié)果輸入到DSTREAM-DS5的數(shù)據(jù)穩(wěn)定識別隊列當中。在此基礎上，設定一個用于判斷數(shù)據(jù)穩(wěn)定的閾值參數(shù)。本文取電磁力式傳感器對任意商品初次瞬時稱重的值為標準，對數(shù)列中的數(shù)據(jù)逐項做差，將差值80%的聚類范圍作為閾值，對數(shù)據(jù)進行比較，其可以表示為：

其中，Δ表示任意商品初次瞬時稱重值與數(shù)列中的數(shù)據(jù)逐項的差值，x0表示任意商品初次瞬時稱重值，當Δ>0.8max(x0-x')或Δ<0.8min(x0-x')時，則判斷當前的數(shù)據(jù)為不穩(wěn)定狀態(tài)下的稱重結(jié)果，對該部分數(shù)據(jù)進行過濾處理。

2.3 稱重數(shù)據(jù)分析

在完成對數(shù)據(jù)快速穩(wěn)定識別過濾后，為了提高稱重結(jié)果的可靠性，需要對數(shù)據(jù)進行分析處理。一般情況下，活禽的交易是按照一定的標準進行的，本文設計的電子秤為了實現(xiàn)對交易商品質(zhì)量的智能判斷，在DSTREAM-DS5處理器中設置了報警機制，結(jié)合交易的要求對稱重數(shù)據(jù)進行分析，并做出相應的反饋。

首先，利用DSTREAM-DS5的RISC在電子秤內(nèi)輸入交易的重量標準，分別對應交易中對商品質(zhì)量規(guī)范的最大值和最小值。經(jīng)2.1處理后的數(shù)據(jù)，計算其均值作為電子秤的稱重結(jié)果，分別與之進行比較，當滿足式（3）時，則認為x對應的交易商品滿足交易要求。

其中，由于采表示過濾后稱重數(shù)據(jù)的均值，max a和min a分別表示交易中對商品質(zhì)量規(guī)范的最大值和最小值。當不滿足式（3）時，則認為x對應的交易商品不滿足交易要求，做出報警處理。

3 應用測試

在上述設計的基礎上，將設計的電子秤應用到實際的交易環(huán)境中，測試其性能。

3.1 測試電子秤裝置

本文所設計的電子秤具有防水、堅固、可移動、稱量數(shù)據(jù)誤差少等特點，可以零售稱量一只活禽，也可以批發(fā)稱量多只活禽。測試稱量所用的電子秤裝置如圖5所示。

圖5 電子秤裝置

3.2 測試環(huán)境概況

以某商品雞養(yǎng)殖基地的交易活動為測試環(huán)境，交易數(shù)量預計為1200只，單支重量要求不低于1.75kg，不高于2.35kg，采用本文設計的電子秤對其進行稱量，通過計算機對稱量的數(shù)據(jù)進行實時獲取分析，對交易商品雞進行質(zhì)量把控。在此基礎上，隨機選擇7只進行標記，對其重量進行校驗，測試電子秤測量結(jié)果的準確性。

3.3 測試結(jié)果

采用電子秤對1200只交易商品雞的重量進行統(tǒng)計，其中，未達到交易重量的數(shù)量為12只，超出交易重量的數(shù)量為5只，經(jīng)過對上述17只活禽重量進行復檢，驗證了電子秤的稱重結(jié)果無異常。在此基礎上，對標記的7只商品雞的重量進行校驗，其結(jié)果如表1所示。

表1 標記商品雞重量校驗結(jié)果統(tǒng)計表

從表1中可以看出，本文設計的電子秤的稱重結(jié)果與校驗結(jié)果之間的誤差不超過5.0g，考慮到在兩次稱重過程中可能會出面羽毛脫落、排便等情況，因此5g以內(nèi)的計量誤差可以忽略不計。表明本文設計的電子秤可以實現(xiàn)對活禽交易信息的準確獲取的分析。

4 結(jié)束語

與其他類型的質(zhì)量稱重相比，活禽稱重的難度更大，在稱重過程中，禽類的移動和其自身的屬性差異都會對稱重結(jié)果造成影響。本文提出基于ARM精確實時獲取活禽交易信息的智能電子秤設計研究方案，利用ARM處理器實現(xiàn)對稱重數(shù)據(jù)的快速處理，借助電磁力式傳感器的穩(wěn)定性對干擾影響進行有效規(guī)避，實現(xiàn)了對活禽質(zhì)量的準確獲取和分析。通過本文的設計研究，以期為相關交易工作的開展帶去有價值的幫助。