本文以一個(gè)具體實(shí)例描述了無(wú)人值守自動(dòng)稱(chēng)重系統的組成并對系統的軟硬件設計進(jìn)行了論述。

1.概述

某公司新建一座垃圾發(fā)電廠(chǎng)，利用城市生活垃圾焚燒發(fā)電，日可處理生活垃圾近 800 噸。垃圾的來(lái)源和運輸由城市的環(huán)衛部門(mén)負責，垃圾量的統計核算由住建局負責，住建局根據電廠(chǎng)的垃圾焚燒量給予電廠(chǎng)資金補貼。怎樣才能做到垃圾量真實(shí)準確，減少人為因素的影響，是雙方共同關(guān)心的問(wèn)題。針對這種情況，設計了一套無(wú)人值守防作弊自動(dòng)稱(chēng)重系統進(jìn)行進(jìn)出廠(chǎng)車(chē)輛稱(chēng)重管理。住建局可以通過(guò)廣域網(wǎng)隨時(shí)查詢(xún)和瀏覽每天的垃圾稱(chēng)重記錄，統計匯總出垃圾量，還可以遠程實(shí)時(shí)瀏覽稱(chēng)重現場(chǎng)的視頻圖像和稱(chēng)重時(shí)的車(chē)輛過(guò)磅圖片。詳細的設計方案見(jiàn)下述的軟硬件設計。

2.硬件設計及工作流程

2.1 汽車(chē)衡設計

考慮到日后的擴容和稱(chēng)重車(chē)輛進(jìn)出廠(chǎng)方便避免車(chē)輛排隊擁堵現象，稱(chēng)重現場(chǎng)配備了兩臺數字式汽車(chē)衡。一臺只負責進(jìn)廠(chǎng)毛重稱(chēng)重，另一臺只負責出廠(chǎng)皮重稱(chēng)重，兩臺汽車(chē)衡可以同時(shí)有序稱(chēng)重，提高了過(guò)衡速度。數字汽車(chē)衡通訊采用電子印章和高級動(dòng)態(tài)加密技術(shù)實(shí)現防作弊設計。

2.2 自動(dòng)稱(chēng)重設備介紹及選型

無(wú)人值守自動(dòng)稱(chēng)重系統在國內各行各業(yè)的應用已經(jīng)非常廣泛，外圍設備的配置沒(méi)有一個(gè)統一的標準和要求。一般的選擇原則是在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的前提下，盡量減少外圍設備的品種和數量，以?xún)?yōu)化系統設計和增加系統可靠性。

本案例采用的設備從用戶(hù)的實(shí)際需求出發(fā)，并在與用戶(hù)充分溝通的情況下確定。系統采用了無(wú)人值守自動(dòng)稱(chēng)重方式，每臺汽車(chē)衡配備一臺工控機、一臺中距離 RFID 讀寫(xiě)器、二臺攝像機、一臺欄桿機、二對紅外線(xiàn)對射、一套語(yǔ)音提示系統及一套共用的網(wǎng)絡(luò )硬盤(pán)錄像系統。兩臺工控機通過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機并入公司局域網(wǎng)，稱(chēng)重數據存儲到數據庫服務(wù)器上，實(shí)現數據共享，如圖 1 所示。公司通過(guò)路由器與公網(wǎng)連接，路由器具有公網(wǎng)靜態(tài) IP，通過(guò)設置路由器可以實(shí)現外網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)數據庫服務(wù)器、硬盤(pán)錄像機、汽車(chē)衡端計算機等設備。

2.2.1 車(chē)牌識別

要實(shí)現無(wú)人值守自動(dòng)稱(chēng)重就離不開(kāi)車(chē)號自動(dòng)識別，車(chē)號識別的方式主要分兩大類(lèi)：一種是采用圖像識別提取車(chē)牌號的方式；另一種是采用讀卡的傳統方式 （本文只介紹無(wú)源卡，有源的藍牙卡不做介紹）。圖像識別方式提取車(chē)牌號是真正意義上的車(chē)牌識別，提取的就是車(chē)輛的實(shí)際牌照號碼，隨著(zhù)圖像識別技術(shù)的發(fā)展和車(chē)牌識別率的提高，應用前景廣闊。目前采用一體化車(chē)牌識別攝像機 （也可以采用圖像識別軟件加視頻采集卡或攝像機的方式） 的應用比較多，生產(chǎn)商提供產(chǎn)品SDK 開(kāi)發(fā)包，降低了開(kāi)發(fā)難度，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。然而，圖像識別方式受車(chē)牌的污損、光線(xiàn)、天氣 （比如大霧等） 等因素影響降低了識別率，應用受到了一定限制。目前主流的車(chē)牌識別還是讀卡的方式，根據實(shí)際需求可以采用近距離的 IC卡方式，中距離的 ID 卡方式和中遠距離的 RFID射頻識別方式。讀卡識別車(chē)牌號，采用的是在一個(gè)應用系統中卡號唯一不能重復的特點(diǎn)，把車(chē)牌號與卡號一一對應，來(lái)達到讀卡號即可獲取車(chē)牌號的目的。近距離讀卡一般采用非接觸式方式，讀卡距離很近，需要司機把卡貼近讀寫(xiě)器，比較適合于司機下車(chē)刷卡，可以用一個(gè)讀寫(xiě)器實(shí)現雙向稱(chēng)重。中距離 ID 卡讀卡，讀卡距離 1m 以?xún)?，可以把讀卡器固定到汽車(chē)衡的適當位置，司機不必下車(chē)，手持卡片在讀卡范圍內晃動(dòng)刷卡。中遠距離 RFID 讀卡，讀卡距離遠，可以把卡片固定到車(chē)輛的前風(fēng)擋玻璃上的某位置，實(shí)現車(chē)輛過(guò)衡自動(dòng)讀卡。

在本案例中，采用讀卡距離 5m 左右的中距離RFID 讀寫(xiě)器，卡片采用防拆卸的陶瓷封裝，防止車(chē)輛換卡作弊，實(shí)現了車(chē)輛電子車(chē)牌唯一不可互換的功能。

2.2.2 攝像機、硬盤(pán)錄像機

攝像機已從模擬進(jìn)入數字高清應用時(shí)代，從交通抓拍到監控安防無(wú)處不在，幾百萬(wàn)的數字高清攝像機也已廣泛應用，但相應的代價(jià)就是需要大的傳輸帶寬和高的存儲容量。模擬攝像機的應用已越來(lái)越少，但實(shí)時(shí)無(wú)延遲的圖像傳輸和較小的存儲容量以及成熟的技術(shù)，在某些場(chǎng)合的應用還是有優(yōu)勢的。

本案例中，白天夜晚都有車(chē)輛稱(chēng)重，為了保證晚上車(chē)輛開(kāi)著(zhù)大燈也能看清牌照號碼，需要用帶有強光抑制功能的車(chē)牌專(zhuān)用攝像機?？紤]到系統需要保存車(chē)輛稱(chēng)重時(shí)的現場(chǎng)圖片并且硬盤(pán)錄像機 24 小時(shí)不間斷錄像等因素，最終還是選擇了模擬可調焦距的車(chē)牌專(zhuān)用攝像機和 DVR 硬盤(pán)錄像機，這樣既節約了存儲空間，又可以實(shí)現在現有的網(wǎng)絡(luò )帶寬上得到流暢的視頻流和較快的遠程數據查詢(xún)速度。硬盤(pán)錄像機選擇帶 SDK 開(kāi)發(fā)包的品牌，如?？岛痛笕A。

2.2.3紅外線(xiàn)對射

紅外對射 （或光柵） 由發(fā)射器和接收器配對組成，通過(guò)多束紅外線(xiàn)構成一個(gè)防范平面，當物體穿越該防范平面時(shí)，一旦遮擋相鄰的兩束紅外線(xiàn)，接收器就會(huì )發(fā)出報警信號，用于車(chē)輛位置檢測。本案例分別在汽車(chē)衡秤臺兩端安裝一套紅外對射，當稱(chēng)重車(chē)輛上衡時(shí)，紅外對射檢測稱(chēng)重車(chē)輛位置，接收器輸出開(kāi)關(guān)量信號給系統，當稱(chēng)重車(chē)輛沒(méi)有完全上衡遮擋紅外光束時(shí)，系統報警，語(yǔ)音提示司機調整車(chē)輛位置，此時(shí)系統不能稱(chēng)重和保存數據，防止車(chē)輛稱(chēng)重時(shí)通過(guò)壓磅邊作弊。紅外一般選擇 4 光束及以上的紅外柵欄。

2.2.4  欄桿機和語(yǔ)音提示系統

欄桿機 （道閘）、語(yǔ)音提示、紅綠燈都是車(chē)輛引導設備，引導車(chē)輛有序上下磅，功能相互重疊，可以根據現場(chǎng)實(shí)際情況選擇一種或多種引導設備。欄桿機由控制器控制，控制器通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)控制欄桿機的起桿和落桿。這樣就要求配備的欄桿機可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號控制桿的起落，并且要求欄桿機欄桿下埋設地感線(xiàn)圈 （或用紅外對射），當車(chē)輛通過(guò)欄桿機后自動(dòng)落桿，防止砸車(chē)。欄桿機一般選擇桿長(cháng) 3m 左右，起桿速度 3s 以?xún)鹊?，以提高過(guò)衡速度。

語(yǔ)音系統由室內功放、麥克風(fēng)和室外全天候音柱組成。系統會(huì )自動(dòng)控制音柱在不同稱(chēng)重過(guò)程播放不同的語(yǔ)音提示，也可以由操作員通過(guò)麥克風(fēng)，發(fā)出語(yǔ)音提示信息?，F場(chǎng)采用無(wú)源音柱，防水性強，安全性高。

2.2.5  控制器

無(wú)人值守系統中有開(kāi)關(guān)量輸入輸出設備 （紅外線(xiàn)對射、紅綠燈和欄桿機等），需要控制器進(jìn)行控制。常用的控制方式有 I/O 板卡，I/O 工控模塊以及 PLC 可編程控制器。目前 PLC 可編程控制器用的較多，PLC 內置 CPU 處理器，有豐富的控制指令，可以編程實(shí)現復雜控制，通過(guò)串口與計算機通訊，抗干擾能力強，適合工業(yè)惡劣環(huán)境，可實(shí)現對紅外線(xiàn)對射、紅綠燈、欄桿機的自動(dòng)控制。

2.2.6  工作流程

垃圾運輸車(chē)輛都為固定車(chē)輛，提前把卡粘貼到車(chē)輛的適當位置 （現場(chǎng)測試后固定），把卡號和對應的車(chē)輛信息寫(xiě)入數據庫，稱(chēng)重時(shí)自動(dòng)讀卡。

RFID 讀寫(xiě)器安放在秤臺的適當位置，車(chē)輛上衡后自動(dòng)開(kāi)啟讀寫(xiě)器，卡片進(jìn)入讀寫(xiě)器探測范圍后自動(dòng)讀卡，系統自動(dòng)識別車(chē)輛身份，如果數據庫中有此車(chē)輛登記信息，計算機管理系統調出該車(chē)的車(chē)號及相關(guān)的預置信息 （如：車(chē)牌號、皮重品名、用戶(hù)等等），紅外線(xiàn)對射不斷檢測車(chē)輛位置，當車(chē)輛完全上衡且稱(chēng)重數據穩定時(shí)，系統進(jìn)行數據處理，將車(chē)號、毛重、皮重、凈重、稱(chēng)重時(shí)間和車(chē)輛稱(chēng)重時(shí)的現場(chǎng)圖片等信息自動(dòng)保存，語(yǔ)音提示司機下衡同時(shí)欄桿機欄桿自動(dòng)抬起，車(chē)輛下衡，欄桿自動(dòng)落下；如果系統數據庫中沒(méi)有此車(chē)輛的登記信息，或車(chē)輛沒(méi)完全上衡，系統會(huì )有相應的語(yǔ)音提示提醒司機，系統不斷重復上述工作過(guò)程。

中控室、財務(wù)室 （局域網(wǎng)） 和住建局 （廣域網(wǎng)） 可以實(shí)時(shí)預覽四路視頻圖像，也可以實(shí)時(shí)觀(guān)察到兩臺汽車(chē)衡的重量信號和車(chē)輛稱(chēng)重數據記錄和圖片?？梢赃h程實(shí)現數據統計匯總，數據導出和報表打印。

3.軟件設計

軟件是整個(gè)系統的核心，通過(guò)軟件把各種外部設備集成到一起構成一個(gè)完整的無(wú)人值守系統。系統采用 C/S 數據采集端 +B/S 多層架構混合模式，面向 Internet 和 Intranet，包括數據層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。汽車(chē)衡端軟件采用 C/S 架構編程，常用的編程工具有 Delphi、VB、VC、C# 等，本案例采用業(yè)內使用較多的 Delphi 7 編程工具編程，Delphi是可視化軟件開(kāi)發(fā)工具，它具有簡(jiǎn)單、高效、功能強大的特點(diǎn)，有豐富的控件，代碼編寫(xiě)工作量小，開(kāi)發(fā)周期短，是快速的編程工具。系統搭建了 WEB 服務(wù)器，用 VB.NET 開(kāi)發(fā)了 B/S 架構的查詢(xún)?yōu)g覽軟件，服務(wù)器安裝了 Microsoft SQL Server2008 數據庫管理系統，客戶(hù)計算機可以安裝 C/S結構的客戶(hù)端軟件或通過(guò)瀏覽器輸入 WEB 服務(wù)器的 IP 地址實(shí)現遠程數據查詢(xún)。

3.1  軟件構成

由操作系統、數據庫管理系統和應用軟件構成。

3.1.1  汽車(chē)衡端計算機

安裝 XP 操作系統，C/S 結構無(wú)人值守稱(chēng)重管理軟件。

3.1.2  服務(wù)器端計算機

安 裝 Windows  Server  2008 操 作 系 統 和Microsoft SQL Server 2008 數據庫管理系統，搭建WEB 服務(wù)器，部署 B/S 結構查詢(xún)?yōu)g覽軟件。

3.2汽車(chē)衡端軟件主要功能

3.2.1適用于中文 Win2000/2003/2008/XP/Win7等操作系統平臺。

3.2.2模塊化設計，全中文顯示，安裝及操作簡(jiǎn)便，提供多種稱(chēng)重方式。

3.2.3數據庫選用大型數據庫，支持大量數據存儲及查詢(xún)。

3.2.4非車(chē)輛 （行人等） 上衡自動(dòng)判別，不進(jìn)行稱(chēng)重，在查詢(xún)數據點(diǎn)擊某條記錄時(shí)可同時(shí)將稱(chēng)重時(shí)的圖片顯示在界面上。

3.2.5磅單和報表可自行設計。

3.2.6具有數據導出功能，可把數據導出為EXCEL 等數據格式。

3.2.7多級權限管理，各自獨立的口令，分級操作，安全性高，保密性強。

3.2.8只有有權限的用戶(hù)才可以修改和刪除數據，并且所有的修改和刪除都有記錄。

3.2.9強大的查詢(xún)和統計功能

可任意組合統計查詢(xún)條件，如：日期時(shí)間范圍、用戶(hù)、品名等或它們的組合，可打印各種統計報表，如：日報、月報、季報、年報等等。

3.2.10 有防作弊曲線(xiàn)顯示功能，對異常數據進(jìn)行自動(dòng)保存。

3.2.11 可在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中實(shí)現遠程查詢(xún)，方便領(lǐng)導隨時(shí)隨地了解貨物進(jìn)出情況。

4 .結束語(yǔ)

系統從硬件配置和軟件功能上實(shí)現了主動(dòng)防御和事后監督相結合的防作弊模式，杜絕和避免了作弊現象的發(fā)生。系統已正常運行一年多，運行狀態(tài)良好，達到了設計要求，受到了用戶(hù)的好評。

隨著(zhù)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的飛速發(fā)展，稱(chēng)重系統網(wǎng)絡(luò )化已勢不可擋，物聯(lián)網(wǎng)稱(chēng)重已成為衡器行業(yè)的發(fā)展趨勢和機遇。新技術(shù)的引入和應用

改變了我們的稱(chēng)重理念，擴大了稱(chēng)重的應用范圍。本文只是拋磚引玉，希望衡器行業(yè)的有志之士將更多的新技術(shù)新理念引入衡器行業(yè)，為衡器行業(yè)的振興提供技術(shù)支持。