1 發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)

當(dāng)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(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一。發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步具有重要的現(xiàn)實(shí)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(tái)，標(biāo)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(yùn)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(shè)備，其發(fā)展與工業(yè)、農(nóng)業(yè)及服務(wù)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(jī)遇和挑戰(zhàn)。

規(guī)劃中提到的九類典型重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域工程中，至少有三類與目前衡器應(yīng)用密切相關(guān)：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(yīng)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(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是上述三類領(lǐng)域的應(yīng)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(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)感知層平臺(tái)，發(fā)展靈活易用、兼容性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層平臺(tái)，將有利于實(shí)現(xiàn)衡器整體設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用水平的提升，同時(shí)也有利于擺脫目前國內(nèi)衡器行業(yè)白熱化的低價(jià)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(gòu)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(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二、其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)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(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)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(gè)人與車輛等等“智能化物件或動(dòng)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(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、應(yīng)用大集成以及基于云計(jì)算的軟件運(yùn)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(dāng)?shù)男畔�安全保障機(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能，實(shí)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(shù)、RFID技術(shù)都僅僅是信息采集技術(shù)之一。除傳感技術(shù)和RFID技術(shù)外，GPS、視頻識(shí)別、紅外、激光、掃描等所有能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)識(shí)別與物物通信的技術(shù)都可以成為物聯(lián)網(wǎng)的信息采集技術(shù)。傳感網(wǎng)或者RFID網(wǎng)只是物聯(lián)網(wǎng)框架下的局部應(yīng)用，而不能攬括整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)并不是高深的空中樓閣，而是實(shí)實(shí)在在存在的，很多初級的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用早已在我們身邊實(shí)現(xiàn)并服務(wù)著。物聯(lián)網(wǎng)理念就是在很多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用基礎(chǔ)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(luò)化、智能化、自動(dòng)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(shí)需要及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用組成局域網(wǎng)、專業(yè)網(wǎng)�，F(xiàn)實(shí)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(tái)。今后的物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)會(huì)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(yīng)用空間。

物聯(lián)網(wǎng)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括三大部分：首先是感知層，承擔(dān)信息的采集，可以應(yīng)用的技術(shù)包括智能卡、RFID電子標(biāo)簽、識(shí)別碼、傳感器等；其次是網(wǎng)絡(luò)層，承擔(dān)信息的傳輸，借用現(xiàn)有的無線網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、固聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)等即可實(shí)現(xiàn)；第三是應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)物與物之間，人與物之間的識(shí)別與感知，發(fā)揮智能作用。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與稱重儀表的結(jié)合

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，是感知層中的技術(shù)，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(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)列為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

2.2.1 射頻識(shí)別（radio frequency identification，RFID）

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

射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽和閱讀器組成。電子標(biāo)簽內(nèi)存有一定格式的標(biāo)識(shí)物體信息的電子數(shù)據(jù)，是未來幾年代替條形碼走進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)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(jìn)行追蹤定位；讀取距離更遠(yuǎn)，存取數(shù)據(jù)時(shí)間更短；標(biāo)簽的數(shù)據(jù)存取有密碼保護(hù)，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(shí)別標(biāo)簽應(yīng)用最為常見。短距離應(yīng)用方面通常采用13.56MHz HF頻段；而900MHz頻段多用于遠(yuǎn)距離識(shí)別，如車輛管理、產(chǎn)品防偽等領(lǐng)域。閱讀器與電子標(biāo)簽可按通信協(xié)議互傳信息，即閱讀器向電子標(biāo)簽發(fā)送命令，電子標(biāo)簽根據(jù)命令將內(nèi)存的標(biāo)識(shí)性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。

RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、通訊等技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)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(shè)備連接，由特定的通訊協(xié)議解析，即可實(shí)現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽的讀寫，其技術(shù)難點(diǎn)主要在于讀寫設(shè)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(yīng)用現(xiàn)場的考驗(yàn)。

2.2.2 傳感器技術(shù)

傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。傳感技術(shù)的核心即傳感器，它是負(fù)責(zé)實(shí)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(yīng)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(jì)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(jì)量性能外還具有豐富的外接通訊口，可實(shí)現(xiàn)與外圍網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換和控制，使其在實(shí)際應(yīng)用中接入物聯(lián)網(wǎng)成為可能。

2.2.3 智能嵌入技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)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(shè)備配合實(shí)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(jī)、ARM處理器、Intel處理器等多種類型，依據(jù)所實(shí)現(xiàn)的功能合理配置，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)性價(jià)比。

3 稱重儀表在物聯(lián)網(wǎng)體系的應(yīng)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(yīng)用，這里列舉2類典型應(yīng)用方案。

3.1 航空物流領(lǐng)域

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

3.1.1 方案介紹

為滿足物流貨站進(jìn)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(jìn)行了個(gè)性化定制。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3-1所示。整個(gè)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(gòu)圖

在操作區(qū)域，二十多條貨運(yùn)流水線不間斷工作，每條傳輸帶卸貨部位安裝一個(gè)過磅臺(tái)，過磅臺(tái)配有4個(gè)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(shí)時(shí)傳輸當(dāng)前過磅臺(tái)實(shí)測重量到總控計(jì)算機(jī)。行李車停放在過磅臺(tái)上，操作員將貨運(yùn)包裹卸載到行李車，當(dāng)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(tái)計(jì)算機(jī)。操作員繼續(xù)下一輛行李車的裝載。

在控制室，配有一臺(tái)安裝了物流專用稱重管理軟件的總控計(jì)算機(jī)，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(gè)重量顯示窗口，同時(shí)監(jiān)控當(dāng)前二十多個(gè)過磅臺(tái)的稱重狀態(tài)，并實(shí)時(shí)保存和更新稱重記錄數(shù)據(jù)庫�？偪赜�(jì)算機(jī)通過USB接口連接到外接打印機(jī)，可隨時(shí)打印相關(guān)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(tái)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(shí)現(xiàn)由外部計(jì)算機(jī)進(jìn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控和訪問，并由后臺(tái)服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)總控計(jì)算機(jī)的后臺(tái)數(shù)據(jù)備份。

3.1.2 儀表實(shí)現(xiàn)細(xì)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(shí)顯示出當(dāng)前時(shí)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(shí)時(shí)上傳當(dāng)前所測重量，便于總控計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)操作員確認(rèn)裝載完畢，在儀表上更新相關(guān)信息后，將形成一條完整的稱重記錄發(fā)送給總控計(jì)算機(jī)，同時(shí)打印出詳細(xì)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(shí)間，提升工作效率，同時(shí)也使得各稱重記錄的細(xì)節(jié)更加準(zhǔn)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(jì)算機(jī)的通訊協(xié)議具有完備的CRC校驗(yàn)和確認(rèn)重發(fā)機(jī)制，當(dāng)外部通訊總線發(fā)生故障時(shí)，儀表將自動(dòng)緩存每筆稱量記錄并顯示相關(guān)故障信息，提供不間斷測量機(jī)制。當(dāng)故障解除后，儀表自動(dòng)上傳所緩存的所有記錄，確保總控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫的完整性和準(zhǔn)確性。

D18儀表的高速處理能力，使通訊波特率可高達(dá)38400bit/s，遠(yuǎn)高于普通8位處理器核心儀表的上限9600bit/s。當(dāng)布線合理時(shí)，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(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模，同時(shí)也使得總控計(jì)算機(jī)稱重管理軟件的各過磅臺(tái)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(shí)施時(shí)，受物流站現(xiàn)場布線限制，主要依靠D18儀表的RS485接口進(jìn)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(jìn)一步提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)路由器連接，可直接將幾十臺(tái)D18儀表和主控計(jì)算機(jī)組建成測控局域網(wǎng)，可方便迅速的擴(kuò)大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)難度。將測控局域網(wǎng)與Internet外網(wǎng)安全連接，可實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。每臺(tái)D18儀表設(shè)置唯一的IP地址，可在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)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(biāo)簽體系（采用RFID標(biāo)簽打印機(jī)、RFID讀寫器等外圍設(shè)備）記錄包裹重量信息、航班信息、時(shí)間信息等多項(xiàng)重要信息供外圍網(wǎng)絡(luò)直接查詢和路徑跟蹤，提升包裹運(yùn)送的準(zhǔn)確性和航空貨運(yùn)的效率。

3.2 工業(yè)控制領(lǐng)域

上海耀華的控制儀表C8+可方便地與多達(dá)8個(gè), 350Ω的電阻應(yīng)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(yīng)面廣，可靈活設(shè)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(jī)互聯(lián)，并可配合工控觸摸屏和組態(tài)管理軟件，構(gòu)建智能控制平臺(tái)，有效提高企業(yè)工作效率，提升企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化水平。

如圖3-4所示的工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，C8+控制儀表、中航稱重傳感器、配料打包機(jī)構(gòu)成基本配料系統(tǒng)，再加上PLC控制器，后臺(tái)服務(wù)器、工控觸摸屏、打印機(jī)、大屏幕顯示、三色報(bào)警燈等外部設(shè)備，可以構(gòu)成功能更加完善的配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)配料的精準(zhǔn)控制及配料監(jiān)測和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、查詢及打印功能，同時(shí)，配料產(chǎn)品包裝采用信息可追溯的RFID電子標(biāo)簽體系（包含RFID標(biāo)簽打印機(jī)、RFID讀寫器、RFID標(biāo)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(yīng)用服務(wù)的提升提供軟硬件保證。

圖3-4 C8+儀表工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)

4 小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)存在并發(fā)展于我們身邊。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，稱重儀表需要在未來幾年針對典型應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步提升接口兼容性、信息處理能力、應(yīng)用擴(kuò)展能力，滿足不斷發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需求，希望對于引導(dǎo)稱重儀表提升整體設(shè)計(jì)水平和應(yīng)用水平，擺脫目前國內(nèi)白熱化的低價(jià)競爭困境有參考意義。