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1 發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)

當今世界科技日新月異，物聯(lián)網(wǎng)已成為新一輪世界經(jīng)濟和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點之一。發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對于促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步具有重要的現(xiàn)實意義。去年年底，國家工業(yè)和信息化部制定的《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱為規(guī)劃）的出臺，標志著物聯(lián)網(wǎng)在中國真正開始從概念研究走向?qū)嶋H開發(fā)和運營。

衡器行業(yè)立足于稱重傳感器，提升于稱重儀表及外圍信息化設備，其發(fā)展與工業(yè)、農(nóng)業(yè)及服務業(yè)有著千絲萬縷的聯(lián)系，其行業(yè)特殊性使得衡器企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)“十二五”規(guī)劃發(fā)展中將贏得更多的機遇和挑戰(zhàn)。

規(guī)劃中提到的九類典型重點應用領域工程中，至少有三類與目前衡器應用密切相關：①智能工業(yè)，具體涉及到生產(chǎn)過程控制環(huán)節(jié)、制造供應鏈跟蹤環(huán)節(jié)等；

②智能物流，具體涉及到配送管理環(huán)節(jié)、安全追溯環(huán)節(jié)等；

③智能交通，具體涉及到智能化管控環(huán)節(jié)等。

充分發(fā)掘衡器系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)重點應用領域，特別是上述三類領域的應用特色，在國家政策大力扶植的大環(huán)境下，基于稱重傳感器和稱重儀表所構建的物聯(lián)網(wǎng)感知層平臺，發(fā)展靈活易用、兼容性強、穩(wěn)定性好的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層和應用層平臺，將有利于實現(xiàn)衡器整體設計水平和應用水平的提升，同時也有利于擺脫目前國內(nèi)衡器行業(yè)白熱化的低價競爭困境，走出一條健康發(fā)展之路。

2 稱重儀表與物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系

2.1 物聯(lián)網(wǎng)概念及構架

物聯(lián)網(wǎng)英文名稱叫“The Internet of things”，顧名思義，就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一、物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二、其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。

具體而言，物聯(lián)網(wǎng)指的是將無處不在的末端設備和設施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，通過各種無線或有線的長距離和/或短距離通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通、應用大集成以及基于云計算的軟件運營等模式，在內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，采用適當?shù)男畔�安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調(diào)度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領導桌面等管理和服務功能，實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。

不能把傳感網(wǎng)或RFID網(wǎng)等同于物聯(lián)網(wǎng)。傳感技術、RFID技術都僅僅是信息采集技術之一。除傳感技術和RFID技術外，GPS、視頻識別、紅外、激光、掃描等所有能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別與物物通信的技術都可以成為物聯(lián)網(wǎng)的信息采集技術。傳感網(wǎng)或者RFID網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)框架下的局部應用，而不能攬括整個物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)并不是高深的空中樓閣，而是實實在在存在的，很多初級的物聯(lián)網(wǎng)應用早已在我們身邊實現(xiàn)并服務著。物聯(lián)網(wǎng)理念就是在很多現(xiàn)實應用基礎上推出的聚合型集成的創(chuàng)新，是對早就存在的具有物物互聯(lián)的網(wǎng)絡化、智能化、自動化系統(tǒng)的概括與提升，是從更高角度來規(guī)劃物物互聯(lián)的發(fā)展格局。

物聯(lián)網(wǎng)既可以是我們平常意義上的互聯(lián)網(wǎng)向物的延伸；也可以根據(jù)現(xiàn)實需要及產(chǎn)業(yè)應用組成局域網(wǎng)、專業(yè)網(wǎng)。現(xiàn)實中沒必要也不可能使全部物品聯(lián)網(wǎng)；也沒必要使專業(yè)網(wǎng)、局域網(wǎng)都必須連接到全球互聯(lián)網(wǎng)共享平臺。今后的物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)會有很大不同，類似智慧物流、智能交通、智能電網(wǎng)等專業(yè)網(wǎng)、智能小區(qū)等局域網(wǎng)才是物聯(lián)網(wǎng)真正最大的應用空間。

物聯(lián)網(wǎng)本身結構復雜，主要包括三大部分：首先是感知層，承擔信息的采集，可以應用的技術包括智能卡、RFID電子標簽、識別碼、傳感器等；其次是網(wǎng)絡層，承擔信息的傳輸，借用現(xiàn)有的無線網(wǎng)、移動網(wǎng)、固聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)等即可實現(xiàn)；第三是應用層，實現(xiàn)物與物之間，人與物之間的識別與感知，發(fā)揮智能作用。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與稱重儀表的結合

物聯(lián)網(wǎng)技術的核心，是感知層中的技術，從現(xiàn)在階段來看，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸就在感知層。國際電信聯(lián)盟（ITU）將射頻技術（RFID）、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術列為物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術。

2.2.1 射頻識別（radio frequency identification，RFID）

射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種非接觸式自動識別技術，該技術的商用促進了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。它通過射頻信號等一些先進手段自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，有利于人們在不同狀態(tài)下對各類物體進行識別與管理。

射頻識別系統(tǒng)通常由電子標簽和閱讀器組成。電子標簽內(nèi)存有一定格式的標識物體信息的電子數(shù)據(jù)，是未來幾年代替條形碼走進物聯(lián)網(wǎng)時代的關鍵技術之一。該技術具有一定的優(yōu)勢：能夠輕易嵌入或附著，并對所附著的物體進行追蹤定位；讀取距離更遠，存取數(shù)據(jù)時間更短；標簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護，安全性更高。RFID目前有很多頻段，集中在13.56MHz頻段和900MHz頻段的無源射頻識別標簽應用最為常見。短距離應用方面通常采用13.56MHz HF頻段；而900MHz頻段多用于遠距離識別，如車輛管理、產(chǎn)品防偽等領域。閱讀器與電子標簽可按通信協(xié)議互傳信息，即閱讀器向電子標簽發(fā)送命令，電子標簽根據(jù)命令將內(nèi)存的標識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。

RFID技術與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術相結合，可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享。稱重儀表通過內(nèi)部串口（如RS232，SPI等）與RFID讀寫設備連接，由特定的通訊協(xié)議解析，即可實現(xiàn)RFID電子標簽的讀寫，其技術難點主要在于讀寫設備的通訊協(xié)議各有不同，兼容性和穩(wěn)定性需要經(jīng)受應用現(xiàn)場的考驗。

2.2.2 傳感器技術

傳感技術同計算機技術與通信技術一起被稱為信息技術的三大支柱。傳感技術的核心即傳感器，它是負責實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物、物與人信息交互的必要組成部分。傳感器有許多類型，如圖像傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。

稱重儀表所涉及的傳感器是應變式壓力傳感器，主要傳輸重量信號。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型的不同，該傳感器有數(shù)字和模擬兩種類型。數(shù)字式稱重傳感器具有更好的計量校正功能和防作弊功能，是目前稱重傳感器的發(fā)展方向，與之所匹配的是數(shù)字式稱重儀表，如上海耀華的XK 3190-DS3儀表，此類儀表除了穩(wěn)定可靠的計量性能外還具有豐富的外接通訊口，可實現(xiàn)與外圍網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換和控制，使其在實際應用中接入物聯(lián)網(wǎng)成為可能。

2.2.3 智能嵌入技術

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處

監(jiān)視或管理等功能。

目前，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)以控制器為核心，與監(jiān)測、伺服、指示設備配合實現(xiàn)特定功能。如稱重儀表就是典型的嵌入式系統(tǒng)，其控制器分為51單片機、ARM處理器、Intel處理器等多種類型，依據(jù)所實現(xiàn)的功能合理配置，可實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)性價比。

3 稱重儀表在物聯(lián)網(wǎng)體系的應用方案

針對稱重儀表在物聯(lián)網(wǎng)體系，尤其是智能物流里涉及配送管理環(huán)節(jié)及智能工業(yè)里涉及生產(chǎn)過程控制環(huán)節(jié)的應用，這里列舉2類典型應用方案。

3.1 航空物流領域

以上海耀華D18儀表物流貨站項目方案為例，重點介紹一下D18儀表利用RS485組網(wǎng)或以太網(wǎng)組網(wǎng)的實現(xiàn)。

3.1.1 方案介紹

為滿足物流貨站進行的航空快遞稱重管理系統(tǒng)的升級要求，D18儀表配合稱重管理軟件進行了個性化定制。系統(tǒng)架構如圖3-1所示。整個系統(tǒng)劃分為操作區(qū)域和控制室兩大部分。

圖3-1 系統(tǒng)架構圖

在操作區(qū)域，二十多條貨運流水線不間斷工作，每條傳輸帶卸貨部位安裝一個過磅臺，過磅臺配有4個柱式稱重傳感器，通過接線盒連接到D18儀表，儀表通過RS485總線實時傳輸當前過磅臺實測重量到總控計算機。行李車停放在過磅臺上，操作員將貨運包裹卸載到行李車，當行李車裝載完成后，由操作員操作D18儀表，依次輸入航班號、起飛日期、目的站、容器號、件數(shù)、操作員代碼等信息后，儀表打印稱重單并上傳一條完整稱重記錄到后臺計算機。操作員繼續(xù)下一輛行李車的裝載。

在控制室，配有一臺安裝了物流專用稱重管理軟件的總控計算機，通過RS485總線與外部操作區(qū)域D18儀表通訊，該軟件可配置二十多個重量顯示窗口，同時監(jiān)控當前二十多個過磅臺的稱重狀態(tài)，并實時保存和更新稱重記錄數(shù)據(jù)庫�？偪赜嬎銠C通過USB接口連接到外接打印機，可隨時打印相關記錄清單；通過RS232接口連接到外接大屏幕，可選擇顯示某過磅臺的稱重狀態(tài)；通過以太網(wǎng)接口直接連接到物流站局域網(wǎng)，由特定IP地址來實現(xiàn)由外部計算機進行的遠程監(jiān)控和訪問，并由后臺服務器來實現(xiàn)總控計算機的后臺數(shù)據(jù)備份。

3.1.2 儀表實現(xiàn)細節(jié)

D18儀表依靠雙屏顯示的優(yōu)勢，在彩屏TFT顯示窗上同時顯示出當前時間、航班號、起飛日期、目的站、容器號、件數(shù)、操作員代碼、地磅序號、稱重單位等信息。儀表通過特定通訊協(xié)議實時上傳當前所測重量，便于總控計算機進行監(jiān)控。當操作員確認裝載完畢，在儀表上更新相關信息后，將形成一條完整的稱重記錄發(fā)送給總控計算機，同時打印出詳細的稱重單（見圖3.2）。

圖3.2 稱重單示意圖

D18儀表PS/2接口外接電腦鍵盤的功能，使操作員能夠通過電腦鍵盤快速方便的輸入中英文和數(shù)字信息，縮短過磅等待時間，提升工作效率，同時也使得各稱重記錄的細節(jié)更加準確和全面。儀表具體操作流程如圖3.3所示。

圖3.3 儀表操作流程

D18儀表與總控計算機的通訊協(xié)議具有完備的CRC校驗和確認重發(fā)機制，當外部通訊總線發(fā)生故障時，儀表將自動緩存每筆稱量記錄并顯示相關故障信息，提供不間斷測量機制。當故障解除后，儀表自動上傳所緩存的所有記錄，確�？偪赜嬎銠C數(shù)據(jù)庫的完整性和準確性。

D18儀表的高速處理能力，使通訊波特率可高達38400bit/s，遠高于普通8位處理器核心儀表的上限9600bit/s。當布線合理時，將使得RS485總線的傳輸速率得到大幅提升，有助于增加總線所接入的儀表數(shù)量，擴大系統(tǒng)規(guī)模，同時也使得總控計算機稱重管理軟件的各過磅臺重量顯示窗的快速刷新得到有效保障。

3.1.3 針對物聯(lián)網(wǎng)的方案優(yōu)化

本方案實施時，受物流站現(xiàn)場布線限制，主要依靠D18儀表的RS485接口進行系統(tǒng)組網(wǎng)。后期升級將直接利用D18儀表的以太網(wǎng)接口組網(wǎng)，進一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通過標準網(wǎng)線和網(wǎng)絡路由器連接，可直接將幾十臺D18儀表和主控計算機組建成測控局域網(wǎng)，可方便迅速的擴大系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)模，降低網(wǎng)絡維護難度。將測控局域網(wǎng)與Internet外網(wǎng)安全連接，可實現(xiàn)主控計算機的遠程監(jiān)控。每臺D18儀表設置唯一的IP地址，可在網(wǎng)絡中獨立訪問，互不影響，以太網(wǎng)的高帶寬將允許傳輸更多的測量記錄信息，充分發(fā)揮儀表的信息處理特長。

本方案后期引入物流包裹追溯系統(tǒng)，采用RFID電子標簽體系（采用RFID標簽打印機、RFID讀寫器等外圍設備）記錄包裹重量信息、航班信息、時間信息等多項重要信息供外圍網(wǎng)絡直接查詢和路徑跟蹤，提升包裹運送的準確性和航空貨運的效率。

3.2 工業(yè)控制領域

上海耀華的控制儀表C8+可方便地與多達8個, 350Ω的電阻應變式傳感器連接，組成配料秤、定量包裝秤、分選秤等，行業(yè)適應面廣，可靈活設置成加法秤、減法秤、分選秤三種控制模式，并具有豐富可靠的通訊接口、串行打印接口以及控制輸入和輸出接口，可方便的與PLC（可編程邏輯控制器）、DCS（集散控制系統(tǒng)）或PC機互聯(lián)，并可配合工控觸摸屏和組態(tài)管理軟件，構建智能控制平臺，有效提高企業(yè)工作效率，提升企業(yè)工業(yè)自動化水平。

如圖3-4所示的工業(yè)應用系統(tǒng)，C8+控制儀表、中航稱重傳感器、配料打包機構成基本配料系統(tǒng)，再加上PLC控制器，后臺服務器、工控觸摸屏、打印機、大屏幕顯示、三色報警燈等外部設備，可以構成功能更加完善的配料系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)配料的精準控制及配料監(jiān)測和數(shù)據(jù)庫存儲、查詢及打印功能，同時，配料產(chǎn)品包裝采用信息可追溯的RFID電子標簽體系（包含RFID標簽打印機、RFID讀寫器、RFID標簽等），為產(chǎn)品后期加工及流程管理提供可靠的依據(jù)，也為外圍物聯(lián)網(wǎng)應用服務的提升提供軟硬件保證。

圖3-4 C8+儀表工業(yè)應用系統(tǒng)

4 小結

物聯(lián)網(wǎng)存在并發(fā)展于我們身邊。結合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特點和關鍵技術，稱重儀表需要在未來幾年針對典型應用領域進一步提升接口兼容性、信息處理能力、應用擴展能力，滿足不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)服務需求，希望對于引導稱重儀表提升整體設計水平和應用水平，擺脫目前國內(nèi)白熱化的低價競爭困境有參考意義。