地磅軟件作弊監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對目前地磅軟件作弊問題，研制一套可在實(shí)際運(yùn)行工況下實(shí)時監(jiān)測稱重?cái)?shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 A /D 稱重模塊測量重量參數(shù)，基于人機(jī)界面架構(gòu)，應(yīng)用組態(tài)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)，選用 SD 卡存儲實(shí)時數(shù)據(jù)，結(jié)合 3G 通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程傳輸功能。測試結(jié)果表明: 該系統(tǒng)不僅架構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定，而且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有良好的可靠性和應(yīng)用前景。
0.引言
地磅作為一種準(zhǔn)確、方便、快捷的稱重計(jì)量設(shè)備是目前各行各業(yè)大宗物資貿(mào)易結(jié)算的主要計(jì)量器具。不法分子受利益驅(qū)使，屢屢利用高科技手段篡改稱重?cái)?shù)據(jù)從而非法獲利，這種作弊行為給企業(yè)和個人帶來巨大損失甚至引起嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)糾紛，因此地磅作弊是目前國內(nèi)影響公平貿(mào)易最為嚴(yán)重的活動之一，也是我國計(jì)量監(jiān)管的重點(diǎn)對象。在國務(wù)院計(jì)量發(fā)展規(guī)劃 ( 2013 ～ 2020 年) 中也明確提出“加強(qiáng)計(jì)量作弊防控技術(shù)和查處技術(shù)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(zhì)量計(jì)量中的一種常用計(jì)量設(shè)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(shù)值成正比的電信號，經(jīng)信放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值。

目前再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)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(lián)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(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)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(shù)的稱重?cái)?shù)據(jù)，從而達(dá)到修改稱重結(jié)果的目的。
雖然已經(jīng)有科研人員提出了多種“再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值的防作弊裝置系統(tǒng)”，但這些系統(tǒng)大多采用傳感信號監(jiān)測技術(shù)、紅外定位技術(shù)、視頻識別技術(shù)，針對遙控作弊以及人為操作作弊的方式進(jìn)行監(jiān)控，對于軟件作弊，這類系統(tǒng)是無法進(jìn)行有效監(jiān)控的。
因此針對軟件作弊的問題，本文設(shè)計(jì)一套不改變再由稱重儀表對數(shù)字信號進(jìn)行處理后輸出重量值硬件結(jié)構(gòu)又能實(shí)時監(jiān)控的系統(tǒng)，分別通過觸摸屏顯示、SD 卡儲存實(shí)時稱重?cái)?shù)據(jù)及監(jiān)控情況、3G 通信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信功能。
2.系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)主要由測量模塊和人機(jī)控制設(shè)備兩部分組成，系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示。測量模塊單獨(dú)對稱重傳感器的電信號進(jìn)行實(shí)時采集轉(zhuǎn)換并通過ＲS485 總線傳輸至人機(jī)控制設(shè)備。人機(jī)控制設(shè)備作為系統(tǒng)核心負(fù)責(zé)測量模塊的參數(shù)設(shè)置，對測量模塊、顯稱重儀表傳輸?shù)姆Q重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對比分析并將分析結(jié)果示、存儲。
該系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn): ①體積小，造價(jià)低，核心控制單元僅需要一個人機(jī)控制設(shè)備; ② 系統(tǒng)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(qiáng)的抗干擾能力，能保證極低的出錯率; ③人機(jī)控制設(shè)備中設(shè)定一個數(shù)據(jù)保存機(jī)制，所有測得的數(shù)據(jù)信息在未通過無線傳遞到數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括兩個硬件部分，即測量模塊和人機(jī)控制設(shè)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(zhuǎn)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(xié)議、標(biāo)準(zhǔn) ModBus ＲTU /ASCII 等協(xié)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(jī)控制設(shè)備

人機(jī)控制設(shè)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(nèi)核實(shí)現(xiàn)了 MMU，AMBA 總線和哈佛緩存結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的 16 KB 指令和 16 KB 數(shù)據(jù)緩存。并通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)最大限度地減少整體系統(tǒng)成本，且無需配置額外的組件。為低功耗產(chǎn)品和高性能控制設(shè)備提供了一個高性價(jià)比、低功耗、高性能的解決方案。

2) 存儲器

該設(shè)備為了滿足嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序的需要，采用了 64 M 的 SDＲAM 和 128 M 的 Flash ＲOM。

3) 外設(shè)

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(shí)現(xiàn)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(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用臺達(dá)公司專用的 DOPSoft 組態(tài)軟件。DOPSoft 是對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與過程控制的專用監(jiān)控組態(tài)軟件，是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。它能以靈活多樣的“組態(tài)方式”( 而不是編程方式) 進(jìn)行系統(tǒng)集成，提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實(shí)現(xiàn)方法。因此，只要將其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊進(jìn)行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，主程序流程圖如 4 所示。

3.2. 1 建立監(jiān)控界面

工程共有 2 個窗口: 監(jiān)控系統(tǒng)主控畫面窗口和基本參數(shù)設(shè)置窗口?？蓪?shí)時監(jiān)控地磅的稱重?cái)?shù)據(jù)的變化。窗口如圖 5 所示。

3.2. 2 配置 I /O 設(shè)備

組態(tài)軟件通過 I /O 驅(qū)動程序從測量模塊獲得實(shí)時數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理后，實(shí)時數(shù)據(jù)以數(shù)字方式直觀顯示在觸摸屏上。本系統(tǒng)采用 PLC I /O 驅(qū)動程序的設(shè)置: I /O 設(shè)備組態(tài) － PLC －項(xiàng)上雙擊添加設(shè)備驅(qū)動，然后在設(shè)備名稱、更新周期、超時時間項(xiàng)目上添加設(shè)備名稱 PLC 等設(shè)置，周期和超時時間默認(rèn)設(shè)置即可。設(shè)備地址與 PLC 中設(shè)置的 MPI 地址應(yīng)一一對應(yīng)，即完成了 I /O 設(shè)備驅(qū)動連接。

3. 2. 3 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫是整個監(jiān)控軟件的核心，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫點(diǎn)與測量模塊的數(shù)據(jù)連接，將實(shí)時數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、系統(tǒng)信息等以一定的組織形式存儲在 SD 卡上。

4.實(shí)驗(yàn)測試

4.1監(jiān)控主界面

通訊狀態(tài): 當(dāng)前監(jiān)控終端與稱重儀表通訊狀態(tài)，當(dāng)通訊中斷時狀態(tài)顯示“異常”;監(jiān)控狀態(tài): 當(dāng)監(jiān)控終端與稱重儀表的差值在設(shè)定范圍內(nèi)時顯示“正常”，否則顯示為“CHEAT”。
4.2 判定參數(shù)設(shè)置界面
點(diǎn)擊屏幕下部星號位置系統(tǒng)彈出輸入密碼框，密碼正確顯示;

設(shè)定重量目標(biāo)差值: 當(dāng)監(jiān)控終端與稱重儀表的稱重?cái)?shù)據(jù)之間的差值超過了該目標(biāo)差值，監(jiān)控狀態(tài)處顯示“CHEAT”，并把相關(guān)數(shù)據(jù)存入到文件中;

根據(jù)重量值判斷下衡: 當(dāng)稱重儀表重量值小于該值時監(jiān)控終端認(rèn)為汽車下衡;

判斷上衡穩(wěn)定時間: 監(jiān)控終端根據(jù)該時間判斷重量變化是否小于穩(wěn)定變化范圍的值，小于時系統(tǒng)認(rèn)為汽車完全上衡，否則繼續(xù)等待稱重儀表的數(shù)據(jù)變化。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在實(shí)驗(yàn)期間，利用模擬稱重平臺對本系統(tǒng)進(jìn)行 4次稱量測試，得到表 1 數(shù)據(jù)結(jié)果。

通過以上數(shù)據(jù)可知，本系統(tǒng)準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用的準(zhǔn)確度要求。

5.結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)能在不破壞地磅硬硬件的基礎(chǔ)上實(shí)時監(jiān)控其有無作弊行為，換被動追查為主動監(jiān)管，一方面可廣泛應(yīng)用于港口碼頭、機(jī)場物流以及冶金、建材、電力、糧食等行業(yè)的大宗貿(mào)易結(jié)算之中，有效保護(hù)相關(guān)企業(yè)的切身利益，維護(hù)市場經(jīng)濟(jì)秩序的有效運(yùn)行; 另一方面更能為計(jì)量監(jiān)管部門的地磅硬作弊防控和監(jiān)管提供先進(jìn)、準(zhǔn)確、有效的技術(shù)支持，為加快計(jì)量檢測服務(wù)體系的建立健全特別是強(qiáng)化民生計(jì)量的有效監(jiān)管發(fā)揮積極作用。

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