CN112710377B - 动态称重设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态称重设备，包括：多个称重传感器，所述称重传感器通过以太网组成称重传感器网络；所述称重传感器网络中的一个称重传感器作为主节点，所述主节点通过时间同步协议与称重传感器网络中其他节点同步时间，或者称重传感器网络中其他节点同步和所述主节点的时间之间的时间偏移；每个称重传感器不断地将多个连续的称重信息打包发送至一终端装置；所述终端装置按照解包获得称重信息中的时间信息，计算同一时刻动态称重设备的称重重量结果。在称重传感器网络中，通过在传感器之间的时间同步，从而在终端，例如仪表中，处理称重数据时，每个时刻的称重数据都是准确的，所以能够提高采样的可靠性。

Description

动态称重设备

技术领域

本发明涉及一种动态称重设备，特别是高速动态称重设备。

背景技术

目前动态称重设备，特别是高速动态称重设备的称重检测数据不可靠，一方面是因为采样同步性不好；另一方面是因为采样数据无法有效地传输，特别是在高速采样时，大量的数据传输的可靠性无法保证。

现有技术中，针对于时钟的同步性问题，一般需要在系统之外有一个时钟校准装置，如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)时钟同步，或网络的授时方式等。如果采用这些方式的始终同步装置或方法，显著地增加了生产制造的成本，并且在实际使用中，其可靠性一般，比如GPS信号，在室内或金属屏蔽场合，难以满足使用要求。

另外也因为现有的称重技术通常采用CAN总线(Controller Area Network，控制器局域网络)或RS485/RS422(一种总线类型)进行数据传输，这些总线数据传输速率较慢，且缺乏时钟同步，使得称重数据的同步精度取决于重量采样速率(这种速率在100Hz以内)，无法满足动态称重应用的要求。

此外，即使在称重技术中使用以太网络(Ethernet网络)，虽然以太网的带宽理论上可以满足动态称重，甚至高速动态称重的要求，但实际上由于网络中各个节点产生了大量的数据包，不可避免地在传输信息时诱发拥堵，造成称重设备或系统的不可靠，实际上无法满足动态称重所需的数据包传输速率要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的动态称重中数据的采用同步和有效传输不可靠的问题，提供了一种动态称重设备，利用以太网络信息同步协议和降低数据包数量的方式使得以太网能够用于提升动态称重的采样和数据传输的可靠性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

提供了一种动态称重设备，其特点是，包括多个称重传感器，所述称重传感器通过以太网组成称重传感器网络；

所述称重传感器网络中的一个称重传感器作为主节点，所述主节点通过时间同步协议与称重传感器网络中其他节点同步时间，或者称重传感器网络中其他节点同步和所述主节点的时间之间的时间偏移；

每个称重传感器不断地将多个连续的称重信息打包发送至一终端装置；

所述终端装置按照解包获得称重信息中的时间信息，计算同一时刻动态称重设备的称重重量结果。

本方案在以太网络中利用时间同步协议，将网络中的称重传感器与作为主节点的称重传感器的时间同步，从而终端通过同一时刻获得的称重信息计算得到的称重重量结果是可靠的。其中称重重量结果是称重网络中各个称重传感器获得的称重数据计算得到的能够表征被称量物体重量的结果。

而且将多个数据打包发送的方式，减少了以太网络中传输数据包的数量，避免网络传输中的拥堵，提升传输速率。

进一步地，所述主节点通过PTP或者NTP与称重传感器网络中其他节点同步时间。

所述PTP是Precision Timing Protocol，高精度时间同步协议，所述NTP是Network Time Protocol，网络时间协议。利用这两种时间同步协议，可以很好地实现高精度的时间同步。

更进一步地，所述主节点以预设时间间隔与所述网络中其他称重传感器进行时间同步；或者

其他称重传感器按照预设时间间隔，和所述主节点同步时间，或者和所述主节点核对时间，时间误差超过误差阈值的称重传感器和所述主节点同步时间。

更进一步地，所述主节点向其他称重传感器发送时间同步广播；

其他称重传感器和所述主节点同步时间，或者，其他称重传感器和所述主节点核对时间，时间误差超过误差阈值的称重传感器和所述主节点同步时间。

上述方案中主节点和其他称重传感器之间的时间同步，可以是由主节点发起，也可以由其他称重传感器发起。

在其他称重传感器与主节点时间同步时，如果一些称重传感器的时间误差没有超过阈值，则这些称重传感器不更新时间，其他超出阈值的称重传感器需要更新时间与主节点同步。

进一步地，所述主节点以预设时间间隔与所述网络中其他称重传感器同步时间，更新其他称重传感器中与主节点的时间之间的时间偏移；或者，

其他称重传感器按照预设时间间隔，和所述主节点核对时间，更新其他称重传感器中与主节点的时间之间的时间偏移。

本方案中在主节点和其他称重传感器同步时间中，并不是将其他时间称重传感器的时间更新为主节点的时间，而是记录其他称重传感器的时间和主节点的时间之间的差值，即时间偏移。本方案中不需要称重传感器中时钟功能或时钟电路具有更新时间的功能，利用存储的时间偏移，便捷地完成整个网络中所有称重传感器的时间同步。

进一步地，每个称重传感器连续输出的称重信息的数据长度和达到阈值或者等待打包的时间超出阈值时，打包并发送连续输出的称重信息。

本方案中，处理数据长度和作为打包发送的判断条件之外，还利用等待打包时间来避免称重数据发送过晚，进而导致终端等待特定时间的称重数据而无法及时计算称重重量。

更进一步地，所述终端装置按照解包获得称重信息中的主节点的时间和其他称重传感器的时间和时间偏移，计算同一时刻动态称重设备的称重重量结果。

进一步地，所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个称重传感器作为主节点；或者

所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个称重传感器作为主节点，还选择一个称重传感器作为副节点，所述副节点在主节点失效时，成为主节点。

更进一步地，当副节点成为主节点时，所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个新的副节点。

上述方案中，利用现有网络技术中的节点选举机制，在称重传感器构成的网络中选择主节点以及副节点。利用选举机制和主副节点，只要称重传感器网络中还存在必要数量节点，整个网络的数据传输功能就不会丧失。避免传统称重传感器网络中特定主从节点的设置中，因为主节点失效，整个称重传感器网络失效的弊端。

上述方案的积极进步效果在于：

在称重传感器网络中，通过在传感器之间的时间同步，从而在终端，例如仪表中，处理称重数据时，每个时刻的称重数据都是准确的，所以能够提高采样的可靠性。

此外，在称重传感器网络中利用多段数据打包发送的方式，降低网络中称重数据的传输数量，进而提高数据的传输可靠性。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的称重传感器网络的拓扑图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明中，设备中所有称重传感器组网，并利用网络中作为主节点的称重传感器的时间作为基准，将所有称重传感器的时间同步到作为基准的时间。因而各个称重传感器输出的称重信息中时间信息是完全同步的，因此在终端进行称重重量计算过程中，可以准确地计算任意一个特定时刻称重设备加载物体的重量。也就是说，在各个称重传感器输出的称重数据中增加时间戳，从而在终端能够始终准确地获得同一时间各个称重传感器输出的称重数据。

而且各个称重传感器中通过将多个输出的称重数据打包的方式，避免大量数据迸发带来的网络传输拥堵的风险。

下面通过如下所述的实施例，举例说明本发明的实现方式。

本实施例的高速动态检重秤中，整个秤中包括8个称重传感器，在检重秤初始化过程中，8个称重传感器利用选举机制，选择3号称重传感器作为主节点，此时其他7个称重传感器和3号称重传感器之间组成如图1所示的星型拓扑。而且3号称重传感器和其他称重传感器之间通过利用PTP协议实现时间的同步。

本实施例中，3号称重传感器每10秒中发送时间同步的广播到其他7个称重传感器。当称重传感器收到广播后，发送请求与3号称重传感器利用PTP协议完成时间的同步。

在另一个实施例中，其他7个称重传感器分别以10秒的间隔向3号称重传感器发起同步请求，3号称重传感器接收到请求后，与相应的称重传感器利用PTP协议完成时间同步。

在又一个实施例中，在其他的称重传感器和3号称重传感器发送时间核准请求，3号称重传感器比较其他的称重传感器的时间和3号称重传感器自身的时间。如果1、2、4号称重传感器的时间误差超出1ms时，3号称重传感器直接发起与1、2、4号称重传感器的时间同步。在另一个变形例中，1、2、4号称重传感器发现存在时间误差，向3号称重传感器发起同步请求，3号称重传感器接收到请求后，完成时间同步。5-8号称重传感器的时间误差没有超过阈值1ms，不进行任何时间同步操作。

上述实施例中的时间同步，都是将其他称重传感器的时间同步到和3号称重传感器相同的时间，这就需要各个称重传感器中具有能够修正传感器内部电路后时钟模块的时间的能力。

在另一个实施例中，3号称重传感器在和其他7个称重传感器进行时间同步时，将其他称重传感器和3号称重传感器之间的时间差，存入相应的称重传感器中。比如7号称重传感器的时间和3号称重传感器的时间存在-2ms的差值。此时将-2ms的差值存储在7号称重传感器中，在7号称重传感器输出时间信息时，包括-2ms时间差值，这样最终输出的时间就和3号称重传感器的时间保持一致。这样各个称重传感器中仅仅需要记录与主节点之间的时间差值，并在后续时间计算中计入这个差值，就可以得到同样的时间，并且不再需要称重传感器中时钟功能具有校准、更新等能力。

本实施例中的称重传感器网络中时间同步的操作不断执行以使得整个网络中所有称重传感器输出的时间信息保持一致。

在网络不断同步时间的同时，高速动态检重秤上如果不断加载待乘凉物体时，1-8号称重传感器都在不断输出称重数据，本实施例中，各个称重传感器在输出的称重数据的字节和达到100byte时，将这些称重数据打包发送到仪表。而且如果输出的称重数据的字节和没有达到100byte，但是等待时间超过1ms时，强行将已经收集到称重数据打包发送到仪表。

仪表在接收到8个称重传感器分别打包发送的称重数据后，对数据包进行解包，并将来自8个称重传感器，称重数据的时间戳为同一时刻的称重数据进行计算，并获得这一时刻高速动态检重秤上待称量物体的称重重量。

在又一个实施例中，除了3号称重传感器之外，其他称重传感器存储有时间差，仪表在筛选同一时刻的称重数据时，其他7个称重传感器的时间戳要计入时间差，从而能够筛选得到真正的同一时刻的称重数据。

在另外一个实施例中，网络在选取3号称重传感器为主节点后，在利用选举机制再推选出7号称重传感器作为副节点。本实施例中，只有当3号称重传感器失效时，网络中7号称重传感器自动升级为主节点，并再次利用选举机制从剩余有效的称重传感器中选择新的副节点。本实施例中利用节点备份提高称重传感器网络的可靠性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种动态称重设备，其特征在于，包括：多个称重传感器，所述称重传感器通过以太网组成称重传感器网络；

所述称重传感器网络中的一个称重传感器作为主节点，所述主节点通过时间同步协议与称重传感器网络中其他节点同步时间，或者称重传感器网络中其他节点同步和所述主节点的时间之间的时间偏移；

每个称重传感器不断地将多个连续的称重信息打包发送至一终端装置；

所述终端装置按照解包获得称重信息中的时间信息，计算同一时刻动态称重设备的称重重量结果；

所述主节点以预设时间间隔与所述网络中其他称重传感器同步时间，更新其他称重传感器中与主节点的时间之间的时间偏移；或者，

其他称重传感器按照预设时间间隔，和所述主节点核对时间，更新其他称重传感器中与主节点的时间之间的时间偏移。

2.如权利要求1所述的动态称重设备，其特征在于，所述主节点通过PTP或者NTP与称重传感器网络中其他节点同步时间。

3.如权利要求1所述的动态称重设备，其特征在于，所述主节点以预设时间间隔与所述网络中其他称重传感器进行时间同步；或者

其他称重传感器按照预设时间间隔，和所述主节点同步时间，或者和所述主节点核对时间，时间误差超过误差阈值的称重传感器和所述主节点同步时间。

4.如权利要求1所述的动态称重设备，其特征在于，所述主节点向其他称重传感器发送时间同步广播；

其他称重传感器和所述主节点同步时间，或者，其他称重传感器和所述主节点核对时间，时间误差超过误差阈值的称重传感器和所述主节点同步时间。

5.如权利要求1所述的动态称重设备，其特征在于，每个称重传感器连续输出的称重信息的数据长度和达到阈值或者等待打包的时间超出阈值时，打包并发送连续输出的称重信息。

6.如权利要求4所述的动态称重设备，其特征在于，所述终端装置按照解包获得称重信息中的主节点的时间和其他称重传感器的时间和时间偏移，计算同一时刻动态称重设备的称重重量结果。

7.如权利要求1所述的动态称重设备，其特征在于，所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个称重传感器作为主节点；或者

所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个称重传感器作为主节点，还选择一个称重传感器作为副节点，所述副节点在主节点失效时，成为主节点。

8.如权利要求7所述的动态称重设备，其特征在于，当副节点成为主节点时，所述称重传感器网络通过选举机制，选择一个新的副节点。