地磅是人们广泛应用的一种衡器，其中模拟式地磅应用最为广泛。随 着技术的发展进步，近几年涌现出越来越多的数字地磅。这种数字式地磅由于传感器和称 重显示器之间采用RS485串行通讯模式，从而导致传感器上传的称重信息不是同一时刻的分 担重量，从而在应用时存在一些问题。本文从技术上剖析问题所在的根源，并提出一些解决 措施，以供读者分享。

一、前言

地磅作为对汽车车辆整车称重的一种衡器, 在市场上的应用非常普遍。在工矿企业、仓储码 头、工程施工现场等场合随处可见，它已经是一 种应用最为广泛的计量器具，与人们的生产生活 密不可分，已经成为人们生产生活中的基本工具, 深入到人们的生活之中。它从安装方式分为地上 衡和地中衡，从传感器的形式分为模拟式地磅 和数字式地磅。其中模拟式地磅在市场上的 应用最为广泛，技术非常成熟。最近几年日渐兴 起的数字地磅，随着生产厂家的宣传推广及使 用者的认可，应用也越来越广。数字地磅和模 拟地磅相比有很多优点，这里不再赘述。但是, 数字地磅电气技术的发展正处在方兴未艾的阶 段，并非十分的成熟，使用者并不知晓其设计存 在一个非同时称重的缺陷问题，这一点和传统的 模拟式地磅相比可以说是一个缺憾。下面就该 问题逐步展开分析，不对之处，恳请读者赐教。

二、数字地磅的电气结构

在了解数字地磅的电气结构之前，为了方 便对比，首先了解一下传统的模拟式地磅的电 气结构及其工作原理。

模拟式地磅的电气结构框图如图1所示。

支撑秤台的有若干只模拟式称重传感器，一 般有4只、6只、8只、10只等，这些模拟传感器 引线接入模拟接线盒，模拟接线盒再与称重显示 器通过电缆连接。模拟接线盒的作用是把几只模 拟传感器的引线并联在一起接入称重显示器，并且在模拟接线盒上允许调整角差。从模拟传感器 到称重显示器之间是模拟信号接口。模拟式汽车 衡的这种电气结构形式，决定了传感器的工作方 式为同时称重。

下面再来看数字地磅的电气结构及工作原 理，数字地磅的电气结构框图如图2所示。

支撑秤台的有若干只数字称重传感器，一般 有4只、6只、8只、10只等，每只数字传感器带 有自己的处理电路，由处理电路把传感器输出的 模拟信号经过放大、滤波、模数转换之后生产数 字信号(原始内码)，再通过RS485串口按照约定的 协议规则送给称重显示器。称重显示器每次完整 收到一组每只传感器送来的称重信息，把这些传 感器的输出相加后计算一次重量。

这些数字传感器引线接入数字接线盒，数字 接线盒再与称重显示器通过电缆连接。数字接线 盒的作用是把几只数字传感器的引线并联在一起 接入称重显示器。从数字传感器到称重显示器之 间一般采用RS485总线串行通讯，这样，在 RS485串行通讯总线上称重显示器作为主机，每只 数字传感器作为从机，构成一主多从的结构形式。

数字式汽车衡的这种电气结构形式，决定了 传感器的工作方式为分离称重，即各自称重，由 称重显示器组合相加得到总重。

凡是一主多从的总线设备双向通讯方式，通 讯不能由从机主动发起，只能由主机发起，从机 被动应答。如果允许从机主动发送，则很有可能 多个从机设备同时发送数据，造成总线上数据冲 突，导致数据不能正确传递。

正常通讯由主机首先发送指令信息，该指令 信息中包含有从机设备地址。从机接收到指令信 息后，要比对设备地址，如果和本机设备地址一 致，则根据指令做出相应应答，把回送信息送到 RS485串行通讯总线上；如果和本机设备地址不 —致，则本机不处理该指令，即不往RS485串行 通讯总线上回送信息。 主机按照连接从机设备的 数量逐个轮询从机设备，循环往复，周而复始。 这样，总线占用的时间被人为划分开来，使 RS485串行通讯状态有序进行，互不影响，从而 保证数据正确传递。

就像十字路口的交通信号灯一样，车辆根据 信号灯的状态遵章行驶，就不会造成冲突，不会 造成拥堵。相反，如果车辆都不根据信号灯行驶, 只管往前冲，势必发生冲突。这里，RS485通讯 总线的主机就相当于信号灯，是主动的，是交通 能否行驶的发起者，RS485通讯总线的从机就相 当于车辆，是被动的。

传递称重信息的时序流程如图3所示。

三、存在问题

从上面的结构形式可以清楚地看出，对于模 拟式地磅，称重显示器取到的称重信号是每只 传感器的同一时刻的输出。

同时我们可以明显地看出，对于数字地磅, 同一个秤台的若干只数字传感器的称重信息不是 同时传送给称重显示器的，是分时的，这样就存 在一个时间差。称重显示器每轮询一遍数字传感 器得到的称重信息最终组合运算生成一次重量信 息，因为每只数字传感器上传的称重信息存在时 间差，所以称重显示器每次计算出来的重量并不 是同一时刻的重量，这样就导致结果有一定的误 差。若使称重显示器取到较为准确的重量，则必 须使每只传感器的受力保持足够平衡稳定，这样 重量稳定的时间就拉长了。因为传感器在不同时 刻受力不到足够平衡稳定状态，所以称重显示器在短时间内取到的重量误差偏大。

一个秤台由若干只数字传感器共同承担，当 车辆完全上到秤台上时，秤台和车辆的重力并不 是均匀地分配在每只传感器上，但同一时刻所有 传感器承担重量之和是一定的(即车辆总重)。重力 在每只传感器上的分配是动态变化的，当某一只 传感器在某一时刻的受力减小时，由于总力一定, 则减小的重力被分配到其它传感器上。受力分配 关系可以用下式来表达：

f 车重=f1+f2+ +fn

其中f车重为车辆总重量，f1为第1只传感器的 受力，f2为第2只传感器的受力，fn为第n只传感 器的受力。

—般RS485总线的通讯波特率采用9600bps, 不同厂家的可能存在差异。假设一台数字地磅 有n只数字传感器(其中n=4、6、8、10、???)，主 机(称重显示器)查询每只传感器的时间周期为 20ms,则查询一遍的时间周期为(nx 20)ms,当 n=4时，则查询一遍的时间周期为80ms ；当n=6 时，查询一遍的时间周期为120ms ；当n=8时，查 询一遍的时间周期为160ms ；当n=10时，查询一 遍的时间周期为200ms。可见，时序差异还是相当 大的。

假定RS485串行通讯协议十分精简，主机(称 重显示器)查询每只传感器的时间周期为10ms,则 查询一遍的时间周期为(nx 10)ms,当n=4时，则 查询一遍的时间周期为40ms ；当n=6时，查询一 遍的时间周期为60ms ；当n=8时，查询一遍的时 间周期为80ms ；当n=10时，查询一遍的时间周期 为100ms。可见，时序差异还是蛮大的。

这种时间差异，就是导致短时间内重量偏差 较大的原因。要得到准确的重量，除非保持较长 时间的秤台和车辆的足够平衡稳定。

所以，为了取值准确、迅速，从技术角度上 解决问题，应当考虑取到同一时刻的重量。这样， 在数字传感器的数字模块上软件处理时应当进行 同步时序处理，使上传的数据是在同一时刻取到 的重量数据。从而使数字地磅的性能完全优于 模拟式地磅。

四、应用分析

针对上面分析存在的问题，我们在应用数字地磅的时候必须注意使用场合。在静态称重的 场合可以正常使用，无非是称重稳定时间可能会 拉长一些，只要有足够的稳定时间，称量准确度 是可以保证的，一般的商用秤要求的OIML(W)级 秤的标准完全可以达到。

但是，在动态称重的场合，比如在公路上使 用的计重收费系统或超限检测系统，在使用中要 求动态称重，则会带来意想不到的偏差，从而使 动态称重的准确度严重降低。因为，在车辆动态 行进过程中，由于车辆自身振荡的原因、车辆加 减速的原因及秤台机械形变的原因，分配在每只 传感器上的重量会比静态称重情况下波动更大， 从而导致动态偏差更大。