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升隆動(dòng)態(tài)

當(dāng)前位置:首頁(yè)>>新聞中心>>升隆動(dòng)態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2017-07-07 08:50:26

溯源電子秤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時(shí)間:2017-07-07 08:50:26 來源:本站 點(diǎn)擊數(shù):1017

介紹了一種新型的溯源電子秤,在目前市場(chǎng)上普通電子枰的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)革新,把傳統(tǒng)的電子枰重系 統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)處理、智能1C卡、追溯碼和打印等技術(shù)集成于一體,研制出了基于嵌入式系統(tǒng)的更加智能 化的電子秤,使其在食品安全追溯系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

食品安全問題一直是百姓關(guān)注的熱點(diǎn),從2010 開始,國(guó)家商務(wù)部、財(cái)政部正式在部分大城市開展首 批肉類蔬菜流通追溯體系建設(shè)的試點(diǎn)工作,該追溯體 系是以發(fā)展現(xiàn)代流通方式為基礎(chǔ),運(yùn)用信息技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)肉菜商品流通的電子化索證索票、購(gòu)銷臺(tái) 賬,從而形成來源可追溯、去向可査證、責(zé)任可追究 的質(zhì)量安全追溯鏈條。據(jù)調(diào)査,國(guó)內(nèi)目前在食品安全方面還是會(huì)出現(xiàn)許多問題,所以對(duì)作為食品供應(yīng)鏈中 的客戶終端電子秤的研究在不斷提升,例如智能電子 稱重系統(tǒng)、基于ARM-Linux多功能電子稱' 基于 單片機(jī)的智能電子秤、基于ASP的食品溯源電子秤[4 等。但是,仍未能從根源上解決食品安全問題。本課 題研究的是一種可以自動(dòng)獲取食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)、加工環(huán) 節(jié)、流通環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)所有詳細(xì)的信息,尤其是食 品的產(chǎn)地信息,做到產(chǎn)地定位和防偽,并把所獲取 的信息通過條形碼或二維碼的形式打印出來,以供 客戶對(duì)所購(gòu)商品信息進(jìn)行査詢認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)真正的溯源 目的。

隨著肉類蔬菜追溯體系的曰漸成熟,普通電子秤 已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)需要,而溯源電子秤將會(huì)逐漸占領(lǐng) 市場(chǎng)。特別是隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展,電子秤更 是向著小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。根據(jù)農(nóng) 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電子秤的要求分析' 溯源電子秤將是解決 食品流向與來源問題的關(guān)鍵,所以研究溯源電子秤對(duì) 于解決食品安全問題具有非常重要的意義。

1.嵌入式系統(tǒng)介紹

嵌入式系統(tǒng)是一種面向用戶、面向產(chǎn)品和面向應(yīng) 用的完全嵌入受控器件內(nèi)部,為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專 用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)除了嵌入式計(jì)算機(jī)系 統(tǒng),還包括硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件 層組成。它必須根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪, 滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本和體積等要求。

2.嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

微型系統(tǒng)內(nèi)核。它是一個(gè)經(jīng)過內(nèi)核精簡(jiǎn)過的系統(tǒng)。

專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)相 比,它更具有專用性,_般是面向特定應(yīng)用的。

可靠性高。嵌入式系統(tǒng)與普通PC機(jī)相比,它往 往不僅可以運(yùn)行在長(zhǎng)期無人監(jiān)管的情況下甚至是很 長(zhǎng)時(shí)間段的無間斷運(yùn)行,所以它需要很強(qiáng)的可靠性。

代碼固化。嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)代碼甚至是所有 代碼基本上都是固化在非易失性存儲(chǔ)器中而不是存 儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)設(shè)備中,有效的提高了程序執(zhí)行速度和 系統(tǒng)的可靠性。

特別的開發(fā)環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)由于具有的資源 有限,所以自身不具備自主開發(fā)能力。系統(tǒng)開發(fā)需要 特殊的開發(fā)工具和環(huán)境,可以讓宿主機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)與開發(fā),目標(biāo)機(jī)為最終的執(zhí)行機(jī)。

3.系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)工作原理

溯源電子秤系統(tǒng)采用雙處理器協(xié)同工作,這樣可 以減輕主控制器的負(fù)擔(dān).主處理器采用ARMv7架構(gòu)Cortex-M3系列LM3s9b90芯片,處理系統(tǒng)整體信息, 連接LCD、LED、CPU智能卡、WIFI、打印機(jī)和鍵 盤等。重力傳感器一般需要獨(dú)立的輔助處理器,采用 Cortex-M0系列芯片。雙處理器之間通過UART通信。 輔助處理器可以滿足一般的控制功能和運(yùn)算功能 主要處理傳感器信息和部分鍵盤信息。重力傳感器將 商品的質(zhì)量模擬量傳給輔助處理器進(jìn)行處理,從而得 到商品的質(zhì)量同時(shí)用戶可以通過PLU快捷鍵選擇商 品種類及商品編號(hào)從而得到商品單價(jià),最后輔助處理 器進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算處理得到該商品的價(jià)格,并通過 UART通信,將數(shù)據(jù)傳送給主處理器處理,可以將商 品的單價(jià)、質(zhì)量和總額通過LEDLCD顯示。在商品 的交易過程中,服務(wù)器端可以將該商品從產(chǎn)地、屠宰 廠、批發(fā)市場(chǎng)、貨主、零售終端、攤主的所有信息通 過網(wǎng)絡(luò)傳送給溯源電子秤,并以條碼形式打印在小票 上,以滿足該產(chǎn)品的追溯功能。同時(shí)溯源電子秤也 會(huì)將每次的交易信息進(jìn)行存儲(chǔ)并傳送給服務(wù)器。系統(tǒng) 原理框圖如圖1所示.

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3.2溯源功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)最突出的技術(shù)關(guān)鍵就是可以實(shí)現(xiàn)追溯功能。 該溯源方法的特征包括:

電子秤稱重時(shí)獲取商品的質(zhì)量信息和用戶輸入 的商品信息編號(hào)。

根據(jù)商品信息編號(hào)得到對(duì)應(yīng)商品的單價(jià)、商品 識(shí)別碼,并根據(jù)商品識(shí)別碼得到相應(yīng)的溯源信息。

同時(shí)根據(jù)商品質(zhì)量信息和單價(jià)信息計(jì)算得到該 商品的銷售金額。

輸出獲取的溯源信息和本次交易數(shù)據(jù)。

電子秤實(shí)現(xiàn)溯源功能的設(shè)計(jì)模塊如圖2所示。

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如圖2所示,要實(shí)現(xiàn)溯源功能最主要的環(huán)節(jié)可分 為八個(gè)部分,如:第一獲取單元、第二獲取單元、計(jì) 算模塊、輸出模塊、顯示模塊、打印模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊 和服務(wù)器等。整個(gè)溯源環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程如下:

第一獲取單元由輔助處理器處理。在稱重時(shí), 主要獲取商品的質(zhì)量信息和商品信息編碼。如:信息 編碼:001,種類:青菜。

第二獲取單元由主處理器處理。第一獲取單元 將商品信息編碼發(fā)送給第二獲取單元,從而獲取到商品的單價(jià)和相對(duì)應(yīng)的商品識(shí)別碼。如:信息編碼: 001,種類:青菜,商品識(shí)別碼:0256,單價(jià):3元。 在該電子秤內(nèi)部本身具有各個(gè)商品信息編碼、商品識(shí) 別碼、商品單價(jià)的保存文件。

從第一、第二獲取單元得到商品的質(zhì)量和單價(jià) 信息,主處理器的計(jì)算模塊會(huì)進(jìn)行運(yùn)算處理,從而

得到對(duì)應(yīng)商品的銷售金額。同時(shí)第二獲取單元會(huì) 將商品識(shí)別碼通過網(wǎng)絡(luò)模塊上傳給服務(wù)器使其根據(jù) 商品識(shí)別碼獲取記錄商品及其溯源信息,并將該溯源 信息返回給第二獲取單元,其中,溯源信息主要包 括:原產(chǎn)地信息、檢驗(yàn)信息、物流信息、企業(yè)信息 等。如:青菜:A本地服務(wù)器會(huì)預(yù)先保存所有商品溯 源信息的文件。

輸出模塊,是該溯源電子秤裝置實(shí)現(xiàn)溯源目的 的重要部分。在交易過程中,從計(jì)算模塊獲取的銷售 金額,從第一獲取單元獲取的質(zhì)量信息,從第二獲取 單元獲取的單價(jià)以及商品溯源信息都將通過輸出模塊 輸出。

從輸出模塊得到的所有信息都將打印在小票 上,其中溯源信息生產(chǎn)條形碼形式打印出來。從而 使客戶能夠拿著小票在服務(wù)器上進(jìn)行掃描査詢,得 到對(duì)應(yīng)商品的溯源信息,真正做到商品信息溯源的 目的。

在電子秤的桿頭有LEDLCD顯示模塊,LED 主要用來顯示商品的單價(jià)、質(zhì)量、銷售金額等。LCD 用來顯示商品的種類以供售貨員選擇。

在交易過程中,從輸出模塊輸出的交易信息會(huì) 通過網(wǎng)絡(luò)模塊上傳給服務(wù)器進(jìn)行保存,同時(shí)也會(huì)將交 易信息保存到客戶的1C卡中。

3.3稱重模塊

基于嵌入式的稱重系統(tǒng)是一個(gè)工業(yè)系統(tǒng),設(shè)計(jì)過 程中主要通過分析功能要求和主要性能指標(biāo)設(shè)計(jì)總體 設(shè)計(jì)方案。在選擇重力傳感器方面,該設(shè)計(jì)采用電阻 應(yīng)變式傳感器其應(yīng)變測(cè)量方法靈敏度高,測(cè)量范圍廣,頻率響應(yīng)快,既適用靜態(tài)測(cè)量,又能用于動(dòng)態(tài)測(cè) 量,且尺寸小、質(zhì)量輕,能在各種惡劣環(huán)境下可靠工 作。稱重模塊硬件原理圖如圖3所示。

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當(dāng)某一橋臂的電阻應(yīng)變片受力發(fā)生形變時(shí),其電 阻會(huì)發(fā)生變化,電橋失去平衡,即輸出電壓不為零, 此時(shí)可通過輸出電壓的大小確定電阻應(yīng)變片受力的大 小,從而達(dá)到稱重的目的。

信號(hào)處理:對(duì)采集到的電壓模擬信號(hào)通過合適 的放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)一步放大和濾波電路對(duì)該模擬信 號(hào)進(jìn)行濾波除噪,使其達(dá)到預(yù)期的量值并獲得正確的 測(cè)試結(jié)果。此電路不僅可以對(duì)地平信號(hào)進(jìn)行線性放 大,還可起到阻抗匹配和抗共模干擾的作用。

A/D轉(zhuǎn)換電路:由于微處理器只能處理數(shù)字信 號(hào),所以要對(duì)處理過的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此過 程包含3個(gè)部分:抽樣、量化和編碼。一般情況下, 量化和編碼是同時(shí)完成的。抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間 上離散化的過程;量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化 的過程;編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn) 制代碼來表示。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳送:微處理器將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后 得到的數(shù)字信號(hào)通過一定的算法,得到商品的質(zhì)量以 及價(jià)格。同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并發(fā)送給主處理器進(jìn)行

顯示。

3.4外設(shè)電路模塊

溯源電子秤表頭部分支持客顯和主顯兩種方式, 支持GB 18030大字符集??惋@采用LED數(shù)碼管,可顯 示皮重、質(zhì)量、單價(jià)和總價(jià)數(shù)方便消費(fèi)者核對(duì)信 息。LED驅(qū)動(dòng)采用驅(qū)動(dòng)芯片直接驅(qū)動(dòng),處理器采用串 行方式控制驅(qū)動(dòng)芯片,并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;主顯為4.3 寸的TFT液晶顯示屏,分辨率可大480X320。處理器 有固定的LCD接口,采用固定的LCD驅(qū)動(dòng)芯片控制即 可實(shí)現(xiàn)高速度、高亮度、高對(duì)比度的顯示效果,同時(shí) 還可以展現(xiàn)各級(jí)追溯管理服務(wù)平臺(tái)發(fā)布的肉菜追溯信 息和問題肉類蔬菜的警示信息。

打印模塊與主控制器采用串行通信,需編寫相關(guān) 的代碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用獨(dú)立紙倉(cāng),支持針式打印 印速度達(dá)每秒3中文行,考慮到打印頭片屬于電子 秤最容易磨損的耗材,因此設(shè)計(jì)成可獨(dú)立拆卸維修 而又不破壞計(jì)量封簽非常方便打印頭和打印紙的 更換。

ARM內(nèi)部已包含了以太網(wǎng)MAC控制,但并未提供 物理層接口,因此,需外接一片物理層芯片已提供以 太網(wǎng)的接入通道。設(shè)計(jì)采用外圍芯片設(shè)計(jì)以太網(wǎng)控制 器相關(guān)電路,并可通過Rj-45連上以太網(wǎng)。

在交易過程中,1C卡將數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)取出進(jìn)行比 對(duì),從而驗(yàn)證商戶注冊(cè)信息,并記錄交易信息等。電 子標(biāo)簽、CAN總線、串口RS-232)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī) 組成1C系統(tǒng)。讀卡器由微控制器、看門狗、CAN總線 通信模塊、讀寫模塊構(gòu)成。讀寫模塊與|C利用硬件中 的天線來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。RS-232轉(zhuǎn)換器的功能是是 讀卡器和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信,起轉(zhuǎn)換通信協(xié)議的作用。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是基于SQLite 3開發(fā),主要負(fù)責(zé)用 戶數(shù)據(jù)、商品信息數(shù)據(jù)、進(jìn)貨批次信息和交易信息等 存儲(chǔ)控制。

4.軟件設(shè)計(jì)

智能溯源電子稱開發(fā)平臺(tái)為NEAT (Newland embedded application toolkit)環(huán)境,采用Linux操作系 統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分。在完成硬 件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,編寫啟動(dòng)代碼和底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程 序,移植嵌入式操作系統(tǒng)。最后完成應(yīng)用程序的編 寫,實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。溯源電子秤軟件流程圖如圖 4所示。

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在整個(gè)溯源軟件中同時(shí)會(huì)有銷量控制、銷售記錄 査詢和軟件升級(jí)等模塊。銷量控制:允許電子秤通過 遠(yuǎn)程配置成銷量控制模式,拒絕稱量超過進(jìn)貨量的商 品,但應(yīng)該有明顯的提示;銷售記錄査詢:應(yīng)該能在 本地査詢當(dāng)天交易曰統(tǒng)計(jì)報(bào)告和明細(xì),當(dāng)月及一個(gè)月 內(nèi)指定時(shí)間范圍的銷量統(tǒng)計(jì);軟件升級(jí):可以通過遠(yuǎn) 程網(wǎng)絡(luò)升級(jí)和U盤升級(jí)來升級(jí)溯源程序,但升級(jí)后應(yīng) 不影響計(jì)量性能.

5.結(jié)論

該溯源電子秤的準(zhǔn)確度等級(jí)最終達(dá)到III級(jí);大 量程范圍:6/15~15/30 kg ;小量程范圍:40~100 g 檢定分度值:2/5~50 g ;去皮范圍:-5.998~-9.995 kg。與普通電子秤相比,在智能化、精確度、靈敏 度、穩(wěn)定性和性價(jià)比上得到了很大的改善,同時(shí)提高 了設(shè)備的可操作性和可維護(hù)性,最重要的是達(dá)到了溯 源的目的,因而具有很高的實(shí)用價(jià)值。

 

 


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