一种基于称重传感器的重量数据实时监测方法

技术领域

本发明涉及电子称重领域，具体涉及一种基于称重传感器的重量数据实时监测方法。

背景技术

电阻应变式称重传感器(以下简称“称重传感器”)的基本工作原理为：弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形，电阻应变片引变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程。

称重传感器利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作，输出模拟电压经过ADC的转换和放大转换为数字信号后由MCU处理，即可得到当前的重量数据。但此类传感器在长期工作时，通常会产生缓慢的、可累加的零漂和温漂(统称为“蠕变漂移”，简称“蠕变”)，从而导致重量数据失真。其中保持温度恒定，在某一恒定机械应变长期作用下，传感器输出随时间变化的特性，称为传感器蠕变。而在不承受载荷的条件下，传感器随时间变化的特性称为零漂，零漂是不承受载荷条件下的蠕变。

为了克服称重传感器自身蠕变带来的计量误差，现有技术中提出了以下两种方案：1)用蠕变补偿片进行补偿或改善应变片粘贴胶厚度，意在产生与称重传感器正蠕变方向相反的负蠕变，使得正负蠕变相互抵消。2)根据在电子秤标定阶段对蠕变量和时间量的曲线模型对采集到的传感器信号AD值进行修正。然而，蠕变补偿片的制造工艺要求较高，且在同一批的传感器之间存在一定偏差，以至于制造的蠕变补偿片不一定适用每一个传感器，即蠕变补偿片修正不精确，即难以保证称重的准确性。同时，在实际应用场景中，蠕变值可能是正向或者负向的，消耗大量精力得到的蠕变值的蠕变量和时间量的曲线模型也不能完全准确描述这一现象，同样导致修正不够精确，且存在标定时长和复杂性高等问题，严重影响称重的实时性。

因此，如何提高称重传感器重量数据监测的准确性和实时性是亟需解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于称重传感器的重量数据实时监测方法，能够在称重传感器产生蠕动现象时记录更新实时的蠕变值，并且能够在待测量对象的重量发生变化时判断重量变化是否完成，以实现重量数据的实时监测和更新，从而提高称重传感器重量数据监测的准确性和实时性。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于称重传感器的重量数据实时监测方法，包括：

S1：获取待测量对象在上一次称重时的历史重量显示值；

S2：通过称重传感器实时获取待测量对象的重量测量值，并对重量测量值进行滤波得到滤波测量值；

S3：根据连续若干个滤波测量值的方差来判断待测量对象的重量真实值是否发生变化；

S4：当判断待测量对象的重量真实值未发生变化时，根据历史重量显示值和实时的滤波测量值计算得到最新的蠕变值；

S5：当判断待测量对象的重量真实值发生变化时，根据连续若干个滤波测量值的方差进一步判断待测量对象的重量真实值变化是否完成；

S6：当判断待测量对象的重量真实值变化完成时，根据实时的滤波测量值和最新的蠕变值计算得到最新的重量显示值来更新历史重量显示值。

优选的，对重量测量值进行滑窗滤波处理得到对应的滤波测量值：按照获取的重量测量值的时间顺序，将连续的若干个重量测量值写入设置的测量值队列；在测量值队列中，每当有新的重量测量值进入队列前，先计算当前测量值队列中重量测量值的总和，再用总和先减去队列中的最大值和最小值以及队列中最早的重量测量值后计算均值，并将此均值作为最新的滤波测量值。

优选的，通过如下步骤判断重量真实值是否发生变化：

S301：依次将连续的若干个滤波测量值写入设置的方差队列；

S302：在方差队列中，新的滤波测量值进入队列后剔除队列中最早的滤波测量值，计算方差队列中滤波测量值的方差作为此时的测量值方差；

S303：判断此时的测量值方差是否大于设置的第一阈值：若是，则判断待测量对象的重量真实值发生变化；否则，判断待测量对象的重量真实值未发生变化。

优选的，通过如下公式计算蠕变值：

R

式中：R

优选的，通过如下步骤判断重量真实值变化是否完成：

S501：依次将连续的若干个滤波测量值写入设置的方差队列；

S502：在方差队列中，新的滤波测量值进入队列后剔除队列中最早的滤波测量值，计算方差队列中滤波测量值的方差作为此时的测量值方差；

S503：判断此时的测量值方差是否小于设置的第二阈值：若是，则判断待测量对象的重量真实值变化完成；否则，判断待测量对象的重量真实值变化未完成。

优选的，通过如下公式计算重量显示值：

X

式中：X

优选的，当未获取到最新的蠕变值时，通过如下步骤计算最新的重量显示值：

S601：当待测量对象的滤波真实值发生变化时，将此时的滤波测量值作为前测量值；

S602：根据连续获取的若干个滤波测量值的方差判断待测量对象的重量真实值变化是否完成；

S603：将判断待测量对象的重量真实值变化完成时对应的滤波测量值作为后测量值；

S604：根据前测量值、后测量值和历史重量显示值计算最新的重量显示值；

公式描述为：

X

式中：X

优选的，若预先将某个重量设置为称重传感器的归零值G

优选的，当连续获取的若干个滤波测量值均未发生变化时，进入休眠模式；

在休眠模式下，定期启动称重传感器获取待测量对象的重量测量值，并对重量测量值进行滤波得到滤波测量值；若连续获取的若干个滤波测量值仍未发生变化，则再次进入休眠模式；若存在滤波测量值的变化，则退出休眠模式。

优选的，预先通过若干次称重传感器启停实验来获取称重传感器启动时产生的启动误差值，并根据启动误差值生成第三阈值；

在称重传感器每次启动时，通过第三阈值替换步骤S304中的第一阈值，用以辅助实现重量真实值是否发生变化的判断。

本发明中基于称重传感器的重量数据实时监测方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，当重量测量值发生变化时，根据连续获取的若干个滤波测量值判断待测量对象的重量真实值是否发生变化，即本发明能够判断测量值的变化是称重传感器的蠕动现象导致的，还是待测量对象的重量确实发生了变化，并且能够在称重传感器产生蠕动现象时记录更新实时的蠕变值，使得后续能够根据最新的蠕变值来更好的修正称重传感器的测量值，从而提高称重传感器重量数据监测的准确性。同时本发明在待测量对象的重量确实发生了变化时，根据连续的若干个滤波测量值判断重量真实值的变化是否完成，即本发明能够在待测量对象的重量发生变化时判断其重量变化是否完成，进而更好的实现重量数据的实时监测和更新，从而进一步提高称重传感器称重监测的实时性。

本发明通过对重量测量值进行滤波处理，可以提高测量数据的质量和准确性，从而进一步提高称重传感器称重监测的效果。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为基于称重传感器的重量数据实时监测方法的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。例如“水平”仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例：

本实施例中公开了一种基于称重传感器的重量数据实时监测方法。

如图1所示，基于称重传感器的重量数据实时监测方法，包括：

S1：获取待测量对象在上一次称重时的历史重量显示值；

本实施例中，重量显示值是指通过电子屏幕显示给使用者最终查看的结果。

在本发明的应用场景中，称重传感器测量输出的模拟电压经过滤波、ADC的转换和放大转换为数字信号后由MCU处理，即可得到当前重量。经过算法处理的重量数值即重量显示值，会通过显示屏幕呈现给使用者。

S2：通过称重传感器实时获取待测量对象的重量测量值，并对重量测量值进行滤波得到滤波测量值；

本实施例中，重量测量值是指称重传感器传测量得到的可能带有蠕变值的测量结果。

具体的，称重传感器按照40hz的频率获取重量测量值，测量精度为0.5％。

S3：根据连续若干个滤波测量值的方差来判断待测量对象的重量真实值是否发生变化；

S4：当判断待测量对象的重量真实值未发生变化时，根据历史重量显示值和实时的滤波测量值计算得到最新的蠕变值；

本实施例中，蠕变值是指由于蠕变现象产生的测量值和真实值之间的差值。

S5：当判断待测量对象的重量真实值发生变化时，根据连续若干个滤波测量值的方差进一步判断待测量对象的重量真实值变化是否完成；

S6：当判断待测量对象的重量真实值变化完成时，根据实时的滤波测量值和最新的蠕变值计算得到最新的重量显示值来更新历史重量显示值。

需要说明的是，本发明中基于称重传感器的重量数据实时监测方法，一般是配合电子称重设备使用，尤其是应用于对称重精度要求较高场景的设备，如对某些食物、调料或中药等对象进行称重的电子称重设备。

本发明中，当重量测量值发生变化时，根据连续获取的若干个滤波测量值判断待测量对象的重量真实值是否发生变化，即本发明能够判断测量值的变化是称重传感器的蠕动现象导致的，还是待测量对象的重量确实发生了变化，并且能够在称重传感器产生蠕动现象时记录更新实时的蠕变值，使得后续能够根据最新的蠕变值来更好的修正称重传感器的测量值，从而提高称重传感器重量数据监测的准确性。同时本发明在待测量对象的重量确实发生了变化时，根据连续的若干个滤波测量值判断重量真实值的变化是否完成，即本发明能够在待测量对象的重量发生变化时判断其重量变化是否完成，进而更好的实现重量数据的实时监测和更新，从而进一步提高称重传感器称重监测的实时性。

本发明通过对重量测量值进行滤波处理，可以提高测量数据的质量和准确性，从而进一步提高称重传感器称重监测的效果。

具体实施过程中，对重量测量值进行滑窗滤波处理得到对应的滤波测量值：按照获取的重量测量值的时间顺序，将连续的若干个(具体设置为40个)重量测量值写入设置的测量值队列；在测量值队列中，每当有新的重量测量值进入队列前，先计算当前测量值队列中重量测量值的总和，再用总和先减去队列中的最大值和最小值以及队列中最早的重量测量值后计算均值，并将此均值作为最新的滤波测量值。

本发明通过滑窗滤波处理的方式对重量测量值进行滤波。其中滑窗滤波可以通过取数据窗口内的平均值或中值等方式来减小数据中的噪声，可以使测量结果更加平滑和稳定，并减少异常值对结果的影响；同时滑窗滤波可以很方便地检测和处理来自传感器的异常值，通过比较当前数据与数据窗口内的其他数据，可以识别出异常值并进行相应处理，例如忽略或进行修正；此外，由于传感器数据一直在波动，通过取数据窗口内的平均值的方式能够尽量减少数据波动短期带来的影响。

具体实施过程中，通过如下步骤判断重量真实值是否发生变化：

S301：依次将连续的若干个滤波测量值写入设置的方差队列(队列中可容纳10个滤波测量值)；

S302：在方差队列中，新的滤波测量值进入队列后剔除队列中最早的滤波测量值，计算方差队列中滤波测量值的方差作为此时的测量值方差；

S303：判断此时的测量值方差是否大于设置的第一阈值：若是，则判断待测量对象的重量真实值发生变化；否则，判断待测量对象的重量真实值未发生变化。

本实施例中，第一阈值的设定是为了排除短时间内产生的蠕变值对于真实值的测量，因此采用变重量干扰行为测试法进行数据采样。具体来说，在称重台上从低到高配置若干标准重量砝码，对于每个重量都进行若干的干扰行为，诸如晃动、震动、敲击等等，同时记录对应的测量值。将得到的不同重量下，不同干扰行为带来的测量值与真实值的最大差值进行线性拟合，根据线性拟合结果制定出该场景下第一阈值的大小。

本发明中，计算滤波测量值方差的方式具有较好的稳定性和敏感性，更有利于应对时刻波动的称重传感器数据，从而提高重量是否发生变化的判断准确性，进而辅助更好的实现重量数据的实时监测和更新。

具体实施过程中，通过如下公式计算蠕变值：

R

式中：R

具体实施过程中，通过如下步骤判断重量真实值变化是否完成：

S501：依次将连续的若干个滤波测量值写入设置的方差队列；

S502：在方差队列中，新的滤波测量值进入队列后剔除队列中最早的滤波测量值，计算方差队列中滤波测量值的方差作为此时的测量值方差；

S503：判断此时的测量值方差是否小于设置的第二阈值：若是，则判断待测量对象的重量真实值变化完成；否则，判断待测量对象的重量真实值变化未完成。

本实施例中，第二阈值的设定是为了判断何时外界环境的重量变化事件已经结束，因此采用变重量持续观测法。具体来说，在称重台上对不同重量的砝码进行重量加减操作，根据重量变化完成后，在测量值相对稳定的情况下，计算测量值输出的数据队列的方差分布情况进行分析，得出该场景下第二阈值的大小。

本发明中，计算滤波测量值方差的方式具有较好的稳定性和敏感性，更有利于应对时刻波动的称重传感器数据，从而提高重量变化是否完成的判断准确性，进而辅助更好的实现重量数据的实时监测和更新。

具体实施过程中，通过如下公式计算重量显示值：

X

式中：X

本实施例中，忽略了重量真实值发生变化的过程中的蠕变值变化，由于真实环境中重量变化的时间比较短，因此忽略这个变化是可以的。

具体实施过程中，当未获取到最新的蠕变值时，通过如下步骤计算最新的重量显示值：

S601：当待测量对象的滤波真实值发生变化时，将此时的滤波测量值作为前测量值；

S602：根据连续获取的若干个滤波测量值的方差判断待测量对象的重量真实值变化是否完成；

S603：将判断待测量对象的重量真实值变化完成时对应的滤波测量值作为后测量值；

S604：根据前测量值、后测量值和历史重量显示值计算最新的重量显示值；

公式描述为：

X

式中：X

申请人在实际研究中发现，即使发生了称重传感器发生了蠕变现象，也不会影响测量值的相对变化的准确性。也就是说，重量发生变化的前后测量值可能都是包含了蠕变值的不准确值，但是二者的相对变化是可以准确反应重量变化情况的。

因此，本发明在未获取到最新的蠕变值时，根据待测量对象的前测量值、后测量值和历史重量显示值来计算最新的重量显示值，从而能够提高称重传感器称重监测的有效性。同时本发明还能够将通过前测量值和后测量值计算的重量显示值与通过蠕变值计算的重量显示值进行对比，以进一步提高称重传感器重量数据监测。

具体实施过程中，使用者可根据需要将某个重量设置为归零值。归零值是指通过用户操作，认定某个重量(一般为称重容器的重量，又称为“去皮值”)作为零点，这个零点重量即为归零值。

若预先将某个重量设置为称重传感器的归零值G

本发明在未称重时需要对零值进行初始化，即如果称重台上没有待称重物体且显示屏幕有数值显示，则需要进行初始化。通过特定的交互按钮，让使用者点击即可对传感器进行初始化设置。如果在使用场景中需要对称重容器进行去皮操作，则同样可以把称重容器放在称重台上后进行初始化设置。特别的，在算法中设置有归零值，使用者通过按钮进行初始化设置后，即对当前的归零值进行更新。初始化后，如果开始称重，则最初的显示值＝重量测量值-归零值。

具体实施过程中，当连续获取的若干个滤波测量值均未发生变化时，进入休眠模式；

在休眠模式下，定期启动称重传感器获取待测量对象的重量测量值，并对重量测量值进行滤波得到滤波测量值；若连续获取的若干个滤波测量值仍未发生变化，则再次进入休眠模式；若存在滤波测量值的变化，则退出休眠模式。

本发明在连续获取的若干个重量测量值均未发生变化时进入休眠模式，即能够在无需采集称重数据的情况下最大限度的降低设备功耗，提高设备的续航时间，从而降低称重传感器称重监测的成本。同时由于称重传感器启动和休眠状态的切换间隔时间较短，因此使用者通常感知不到由此带来的测量值延迟。

具体实施过程中，预先通过若干次称重传感器启停实验来获取称重传感器启动时产生的启动误差值，并根据启动误差值生成第三阈值；

在称重传感器每次启动时，通过第三阈值替换步骤S304中的第一阈值，用以辅助实现重量真实值是否发生变化的判断。当称重传感器稳定运行后，重新将第三阈值替换为原始的第一阈值。

本实施例中，第三阈值的设定是为了针对传感器启动之初短时间带来的测量值误差进行补偿，根据对不同重量下传感器启动误差的测量，制定该场景下的第三阈值大小。同时根据对采样数据的拟合分析计算，得出第三阈值等于三倍第一阈值。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。