本文以一個(gè)具體實(shí)例描述了無人值守自動稱重系統(tǒng)的組成并對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。

1.概述

某公司新建一座垃圾發(fā)電廠，利用城市生活垃圾焚燒發(fā)電，日可處理生活垃圾近 800 噸。垃圾的來源和運(yùn)輸由城市的環(huán)衛(wèi)部門負(fù)責(zé)，垃圾量的統(tǒng)計(jì)核算由住建局負(fù)責(zé)，住建局根據(jù)電廠的垃圾焚燒量給予電廠資金補(bǔ)貼。怎樣才能做到垃圾量真實(shí)準(zhǔn)確，減少人為因素的影響，是雙方共同關(guān)心的問題。針對這種情況，設(shè)計(jì)了一套無人值守防作弊自動稱重系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)出廠車輛稱重管理。住建局可以通過廣域網(wǎng)隨時(shí)查詢和瀏覽每天的垃圾稱重記錄，統(tǒng)計(jì)匯總出垃圾量，還可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)瀏覽稱重現(xiàn)場的視頻圖像和稱重時(shí)的車輛過磅圖片。詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案見下述的軟硬件設(shè)計(jì)。

2.硬件設(shè)計(jì)及工作流程

2.1 汽車衡設(shè)計(jì)

考慮到日后的擴(kuò)容和稱重車輛進(jìn)出廠方便避免車輛排隊(duì)擁堵現(xiàn)象，稱重現(xiàn)場配備了兩臺數(shù)字式汽車衡。一臺只負(fù)責(zé)進(jìn)廠毛重稱重，另一臺只負(fù)責(zé)出廠皮重稱重，兩臺汽車衡可以同時(shí)有序稱重，提高了過衡速度。數(shù)字汽車衡通訊采用電子印章和高級動態(tài)加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)防作弊設(shè)計(jì)。

2.2 自動稱重設(shè)備介紹及選型

無人值守自動稱重系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，外圍設(shè)備的配置沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求。一般的選擇原則是在滿足用戶需求的前提下，盡量減少外圍設(shè)備的品種和數(shù)量，以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和增加系統(tǒng)可靠性。

本案例采用的設(shè)備從用戶的實(shí)際需求出發(fā)，并在與用戶充分溝通的情況下確定。系統(tǒng)采用了無人值守自動稱重方式，每臺汽車衡配備一臺工控機(jī)、一臺中距離 RFID 讀寫器、二臺攝像機(jī)、一臺欄桿機(jī)、二對紅外線對射、一套語音提示系統(tǒng)及一套共用的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像系統(tǒng)。兩臺工控機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)并入公司局域網(wǎng)，稱重?cái)?shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如圖 1 所示。公司通過路由器與公網(wǎng)連接，路由器具有公網(wǎng)靜態(tài) IP，通過設(shè)置路由器可以實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、硬盤錄像機(jī)、汽車衡端計(jì)算機(jī)等設(shè)備。

2.2.1 車牌識別

要實(shí)現(xiàn)無人值守自動稱重就離不開車號自動識別，車號識別的方式主要分兩大類：一種是采用圖像識別提取車牌號的方式；另一種是采用讀卡的傳統(tǒng)方式 （本文只介紹無源卡，有源的藍(lán)牙卡不做介紹）。圖像識別方式提取車牌號是真正意義上的車牌識別，提取的就是車輛的實(shí)際牌照號碼，隨著圖像識別技術(shù)的發(fā)展和車牌識別率的提高，應(yīng)用前景廣闊。目前采用一體化車牌識別攝像機(jī) （也可以采用圖像識別軟件加視頻采集卡或攝像機(jī)的方式） 的應(yīng)用比較多，生產(chǎn)商提供產(chǎn)品SDK 開發(fā)包，降低了開發(fā)難度，大大縮短了開發(fā)周期。然而，圖像識別方式受車牌的污損、光線、天氣 （比如大霧等） 等因素影響降低了識別率，應(yīng)用受到了一定限制。目前主流的車牌識別還是讀卡的方式，根據(jù)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(yuǎn)距離的 RFID射頻識別方式。讀卡識別車牌號，采用的是在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中卡號唯一不能重復(fù)的特點(diǎn)，把車牌號與卡號一一對應(yīng)，來達(dá)到讀卡號即可獲取車牌號的目的。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(jī)把卡貼近讀寫器，比較適合于司機(jī)下車刷卡，可以用一個(gè)讀寫器實(shí)現(xiàn)雙向稱重。中距離 ID 卡讀卡，讀卡距離 1m 以內(nèi)，可以把讀卡器固定到汽車衡的適當(dāng)位置，司機(jī)不必下車，手持卡片在讀卡范圍內(nèi)晃動刷卡。中遠(yuǎn)距離 RFID 讀卡，讀卡距離遠(yuǎn)，可以把卡片固定到車輛的前風(fēng)擋玻璃上的某位置，實(shí)現(xiàn)車輛過衡自動讀卡。

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

2.2.2 攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)

攝像機(jī)已從模擬進(jìn)入數(shù)字高清應(yīng)用時(shí)代，從交通抓拍到監(jiān)控安防無處不在，幾百萬的數(shù)字高清攝像機(jī)也已廣泛應(yīng)用，但相應(yīng)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(jī)的應(yīng)用已越來越少，但實(shí)時(shí)無延遲的圖像傳輸和較小的存儲容量以及成熟的技術(shù)，在某些場合的應(yīng)用還是有優(yōu)勢的。

本案例中，白天夜晚都有車輛稱重，為了保證晚上車輛開著大燈也能看清牌照號碼，需要用帶有強(qiáng)光抑制功能的車牌專用攝像機(jī)。考慮到系統(tǒng)需要保存車輛稱重時(shí)的現(xiàn)場圖片并且硬盤錄像機(jī) 24 小時(shí)不間斷錄像等因素，最終還是選擇了模擬可調(diào)焦距的車牌專用攝像機(jī)和 DVR 硬盤錄像機(jī)，這樣既節(jié)約了存儲空間，又可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶寬上得到流暢的視頻流和較快的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢速度。硬盤錄像機(jī)選擇帶 SDK 開發(fā)包的品牌，如海康和大華。

2.2.3紅外線對射

紅外對射 （或光柵） 由發(fā)射器和接收器配對組成，通過多束紅外線構(gòu)成一個(gè)防范平面，當(dāng)物體穿越該防范平面時(shí)，一旦遮擋相鄰的兩束紅外線，接收器就會發(fā)出報(bào)警信號，用于車輛位置檢測。本案例分別在汽車衡秤臺兩端安裝一套紅外對射，當(dāng)稱重車輛上衡時(shí)，紅外對射檢測稱重車輛位置，接收器輸出開關(guān)量信號給系統(tǒng)，當(dāng)稱重車輛沒有完全上衡遮擋紅外光束時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，語音提示司機(jī)調(diào)整車輛位置，此時(shí)系統(tǒng)不能稱重和保存數(shù)據(jù)，防止車輛稱重時(shí)通過壓磅邊作弊。紅外一般選擇 4 光束及以上的紅外柵欄。

2.2.4  欄桿機(jī)和語音提示系統(tǒng)

欄桿機(jī) （道閘）、語音提示、紅綠燈都是車輛引導(dǎo)設(shè)備，引導(dǎo)車輛有序上下磅，功能相互重疊，可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇一種或多種引導(dǎo)設(shè)備。欄桿機(jī)由控制器控制，控制器通過繼電器的觸點(diǎn)控制欄桿機(jī)的起桿和落桿。這樣就要求配備的欄桿機(jī)可以通過開關(guān)量信號控制桿的起落，并且要求欄桿機(jī)欄桿下埋設(shè)地感線圈 （或用紅外對射），當(dāng)車輛通過欄桿機(jī)后自動落桿，防止砸車。欄桿機(jī)一般選擇桿長 3m 左右，起桿速度 3s 以內(nèi)的，以提高過衡速度。

語音系統(tǒng)由室內(nèi)功放、麥克風(fēng)和室外全天候音柱組成。系統(tǒng)會自動控制音柱在不同稱重過程播放不同的語音提示，也可以由操作員通過麥克風(fēng)，發(fā)出語音提示信息?，F(xiàn)場采用無源音柱，防水性強(qiáng)，安全性高。

2.2.5  控制器

無人值守系統(tǒng)中有開關(guān)量輸入輸出設(shè)備 （紅外線對射、紅綠燈和欄桿機(jī)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(nèi)置 CPU 處理器，有豐富的控制指令，可以編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，通過串口與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng)，適合工業(yè)惡劣環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)對紅外線對射、紅綠燈、欄桿機(jī)的自動控制。

2.2.6  工作流程

垃圾運(yùn)輸車輛都為固定車輛，提前把卡粘貼到車輛的適當(dāng)位置 （現(xiàn)場測試后固定），把卡號和對應(yīng)的車輛信息寫入數(shù)據(jù)庫，稱重時(shí)自動讀卡。

RFID 讀寫器安放在秤臺的適當(dāng)位置，車輛上衡后自動開啟讀寫器，卡片進(jìn)入讀寫器探測范圍后自動讀卡，系統(tǒng)自動識別車輛身份，如果數(shù)據(jù)庫中有此車輛登記信息，計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)調(diào)出該車的車號及相關(guān)的預(yù)置信息 （如：車牌號、皮重品名、用戶等等），紅外線對射不斷檢測車輛位置，當(dāng)車輛完全上衡且稱重?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將車號、毛重、皮重、凈重、稱重時(shí)間和車輛稱重時(shí)的現(xiàn)場圖片等信息自動保存，語音提示司機(jī)下衡同時(shí)欄桿機(jī)欄桿自動抬起，車輛下衡，欄桿自動落下；如果系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中沒有此車輛的登記信息，或車輛沒完全上衡，系統(tǒng)會有相應(yīng)的語音提示提醒司機(jī)，系統(tǒng)不斷重復(fù)上述工作過程。

中控室、財(cái)務(wù)室 （局域網(wǎng)） 和住建局 （廣域網(wǎng)） 可以實(shí)時(shí)預(yù)覽四路視頻圖像，也可以實(shí)時(shí)觀察到兩臺汽車衡的重量信號和車輛稱重?cái)?shù)據(jù)記錄和圖片?？梢赃h(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總，數(shù)據(jù)導(dǎo)出和報(bào)表打印。

3.軟件設(shè)計(jì)

軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過軟件把各種外部設(shè)備集成到一起構(gòu)成一個(gè)完整的無人值守系統(tǒng)。系統(tǒng)采用 C/S 數(shù)據(jù)采集端 +B/S 多層架構(gòu)混合模式，面向 Internet 和 Intranet，包括數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層。汽車衡端軟件采用 C/S 架構(gòu)編程，常用的編程工具有 Delphi、VB、VC、C# 等，本案例采用業(yè)內(nèi)使用較多的 Delphi 7 編程工具編程，Delphi是可視化軟件開發(fā)工具，它具有簡單、高效、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，有豐富的控件，代碼編寫工作量小，開發(fā)周期短，是快速的編程工具。系統(tǒng)搭建了 WEB 服務(wù)器，用 VB.NET 開發(fā)了 B/S 架構(gòu)的查詢?yōu)g覽軟件，服務(wù)器安裝了 Microsoft SQL Server2008 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，客戶計(jì)算機(jī)可以安裝 C/S結(jié)構(gòu)的客戶端軟件或通過瀏覽器輸入 WEB 服務(wù)器的 IP 地址實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢。

3.1  軟件構(gòu)成

由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用軟件構(gòu)成。

3.1.1  汽車衡端計(jì)算機(jī)

安裝 XP 操作系統(tǒng)，C/S 結(jié)構(gòu)無人值守稱重管理軟件。

3.1.2  服務(wù)器端計(jì)算機(jī)

安 裝 Windows  Server  2008 操 作 系 統(tǒng) 和Microsoft SQL Server 2008 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，搭建WEB 服務(wù)器，部署 B/S 結(jié)構(gòu)查詢?yōu)g覽軟件。

3.2汽車衡端軟件主要功能

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

3.2.2模塊化設(shè)計(jì)，全中文顯示，安裝及操作簡便，提供多種稱重方式。

3.2.3數(shù)據(jù)庫選用大型數(shù)據(jù)庫，支持大量數(shù)據(jù)存儲及查詢。

3.2.4非車輛 （行人等） 上衡自動判別，不進(jìn)行稱重，在查詢數(shù)據(jù)點(diǎn)擊某條記錄時(shí)可同時(shí)將稱重時(shí)的圖片顯示在界面上。

3.2.5磅單和報(bào)表可自行設(shè)計(jì)。

3.2.6具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可把數(shù)據(jù)導(dǎo)出為EXCEL 等數(shù)據(jù)格式。

3.2.7多級權(quán)限管理，各自獨(dú)立的口令，分級操作，安全性高，保密性強(qiáng)。

3.2.8只有有權(quán)限的用戶才可以修改和刪除數(shù)據(jù)，并且所有的修改和刪除都有記錄。

3.2.9強(qiáng)大的查詢和統(tǒng)計(jì)功能

可任意組合統(tǒng)計(jì)查詢條件，如：日期時(shí)間范圍、用戶、品名等或它們的組合，可打印各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表，如：日報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)等等。

3.2.10 有防作弊曲線顯示功能，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動保存。

3.2.11 可在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢，方便領(lǐng)導(dǎo)隨時(shí)隨地了解貨物進(jìn)出情況。

4 .結(jié)束語

系統(tǒng)從硬件配置和軟件功能上實(shí)現(xiàn)了主動防御和事后監(jiān)督相結(jié)合的防作弊模式，杜絕和避免了作弊現(xiàn)象的發(fā)生。系統(tǒng)已正常運(yùn)行一年多，運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，受到了用戶的好評。

隨著軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，稱重系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化已勢不可擋，物聯(lián)網(wǎng)稱重已成為衡器行業(yè)的發(fā)展趨勢和機(jī)遇。新技術(shù)的引入和應(yīng)用

改變了我們的稱重理念，擴(kuò)大了稱重的應(yīng)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。