摘要：文章对智能叉车的称重系统进行了优化设计，首先对传统的叉车称重系统进行了分析，发现其存在着传感器信号易受干扰、系统抗干扰能力差等问题；然后利用传感器技术、嵌入式技术以及软件设计等相关技术对叉车称重系统进行优化设计，并通过实验分析，证明其优化后的智能叉车称重系统具有良好的抗干扰能力、降低传感器信号易受干扰等优点，这对智能叉车的推广和应用具有重要的意义，因此，具有一定的研究价值。

关键词：称重系统；优化设计；叉车称重装置

引言：

随着科学技术的不断发展，我国的叉车行业也在不断地进行改进，其中智能叉车已经成为一种发展趋势。与传统的叉车相比，智能叉车具有一定的优势，能够提高叉车的使用效率和工作效率，减少工作人员的劳动强度。但是由于我国大部分地区使用的都是普通叉车，因此智能叉车在推广应用时存在一定的困难。另外，在智能叉车出现之前，传统的叉车都是通过人工进行操作来完成相应的工作内容，这种方式不仅效率低下、安全性较低，而且还存在一定的安全隐患。因此，本文将对传统智能叉车的称重系统进行优化设计，并应用嵌入式技术对智能叉车进行优化设计和开发，希望能够提高智能叉车在实际工作中的安全性和高效性。

一、叉车称重装置的概述

叉车在现代工业中，有着举足轻重的地位，很多搬运岗位都要用到叉车。慢慢的，人们开始对叉车上货物的重量产生了兴趣，如果能测量叉车上每一次货物的重量，就能有效控制货架上货物的重量，不至于货架超过载荷而倒塌，也能知道一辆车一次装载的货物总重，从而保证货车超重行驶等等。因此，对叉车的称重要求慢慢被重视。例如，授权公告号为CN113336140B的实用新型专利公开一种工业车辆移动称重系统，一种称重货叉，包括货叉体和固定架体，其特征是，固定架体上设有配合货叉体的称重传感器，称重传感器采用桥式传感器，称重传感器的两端分别固定连接固定架体和货叉体；称重传感器配备有反向保护装置和防过载保护装置，固定架体背对货叉体的一侧设有装配钩；货叉体上设有对应称重传感器侧面的侧向挡板，侧向挡板和固定架体之间设有防撞间隙，侧向挡板上设有连接货叉体的间隙调整螺栓。工业车辆移动称重系统特点：称量精度高、数据无线传输、信息共享等；使叉车的搬运作业得到量化，从而帮助用户在出入库、装卸车、物料周转等业务场景中更精细化和数字化的管理；智能叉车称重系统把进出货物、配料、生产结算环节进行有效统一，管理高效便捷，使用很方便。该系统可以有效的实现对工业车辆重量的精准控制，提高了称重精度。利用该系统可以实现对工业车辆的精准定位，在进行称重作业时可以有效地提高工作效率。

二、车辆称重的工作原理

车辆称重是指通过称重传感器获取车辆重量的信息，并将信息传输给控制计算机，最后对数据进行处理并输出信息。车辆称重主要有以下几个方面的工作原理：第一，利用称重传感器获取车辆重量信号，并将信号传输给控制计算机；第二，对数据进行处理，将数据输出到显示器上；第三，利用显示器显示数据；第四，将数据存储在数据库中。车辆称重系统可以有效的实现对工业车辆的精准定位，并且可以将工业车辆的行驶速度、重量以及轴数等信息显示出来。另外，工业车辆移动称重系统还可以对车辆行驶过程中的速度、高度、位置等进行测量和显示，以便有效的提升工业车辆的定位精度。同时也可以对工业车辆的行驶方向进行控制。

（一）基本原理

车辆的重量是指车辆在道路上行驶过程中的重量，是通过一个或多个称重传感器来进行测量，并将数据传输给控制计算机。车辆的重量主要包括轴数、车速和车重三个方面的信息，因此在测量过程中需要将这三个方面的信息进行综合分析和处理，进而得出精确的测量结果。一般来说，工业车辆移动称重系统主要由以下几个部分组成：称重传感器、数据采集处理模块、称重显示模块、控制模块以及通信模块。通过这些部件的合理配合，能够实现工业车辆重量信息的准确获取。另外，车辆称重系统还可以对数据进行实时监测和处理，并且在显示终端上显示出相关的测量信息。

（二）数据采集

在工业车辆移动称重系统的设计过程中，必须要对数据采集进行详细的分析。由于称重传感器的种类非常多，因此，在选择称重传感器时，需要根据现场的实际情况来确定具体的称重传感器。如果车辆行驶速度比较慢，则可以选择直流力矩式的称重传感器，如果车辆行驶速度比较快，则可以选择交流力矩式的称重传感器。另外，还需要注意的是，在选择称重传感器时，必须要保证称重传感器的精度足够高，并且不会对工业车辆造成一定的影响。在选择称重传感器时，需要将称重传感器与车辆的轴数结合起来进行选择。如果车辆轴数比较多或者是单轴比较多时，则可以选择双轴或者三轴的称重传感器。

三、传感器技术

传感器是称重系统中最重要的一部分，在称重系统中起着决定性的作用。传统的叉车称重系统中，传感器信号容易受到干扰，造成数据偏差大、测量精度不高等问题，因此本文提出了一种基于嵌入式技术的叉车称重系统优化设计方法。根据传感器技术对智能叉车称重系统的优化设计，可以得出以下结论：（1）在智能叉车称重系统中使用传感器技术，可以有效解决传统的称重系统中存在的问题。（2）使用传感器技术，可以在一定程度上提高称重系统的精度和测量精度。（3）在智能叉车称重系统中使用传感器技术，可以有效降低外界环境对称重系统的干扰。（4）使用传感器技术对智能叉车称重系统进行优化设计，可以有效提高智能叉车称量精度、测量精度以及工作效率，对于智能叉车的推广和应用具有重要意义。

四、嵌入式技术

嵌入式系统是一种硬件软件一体化的计算机应用系统，其目的在于利用微处理器（MCU）、存储器、网络接口等硬件资源，完成对控制任务的处理、存储及显示等功能。嵌入式系统通过对各种传感器的数据进行采集、处理以及存储等，并将处理后的数据以无线或有线的方式传输到中央处理器。中央处理器接收到来自各个传感器传来的数据后，对其进行分析、判断并给出相应的控制指令，以实现对智能叉车的自动控制。中央处理器通过 CAN总线与外部进行连接，通过 CAN总线接收来自传感器发来的数据，然后再通过内部总线将数据传送到主控制器中。根据需要，系统还可以具有多种任务模块、网络接口模块和数据输出模块。

五、系统结构及原理

在智能叉车称重系统中，传感器是核心部件之一，也是最重要的组成部分。在整个系统中，传感器的种类和性能对整个系统的质量和性能起着决定性作用。目前市场上主要应用的传感器主要有三种：第一种为应变式传感器，这一类传感器主要通过电阻应变效应原理对被测物体施加压力，然后将压力转换为相应的电信号。第二种为电容式传感器，这类传感器具有非接触测量、抗干扰能力强、测量精度高、响应速度快等特点。第三种为涡流式传感器，它是一种利用涡流原理来测量被测物体运动速度的传感器，具有良好的测量精度、稳定性以及较强的抗干扰能力。本文主要针对第二种涡流式传感器进行了优化设计。这类传感器由多个部分组成，分别是应变式电阻应变器、称重控制器、控制模块以及显示器等部件。在该系统中，多个部分之间通过电缆线进行连接，其中称重控制器通过电缆线与称重控制器相连。该系统可分为四个模块：第一个模块为称重控制器，主要负责对输入信号进行分析与处理；第二个模块为称重传感器，主要负责将应变式电阻应变器中的应变信号转换成相应的电信号；第三个模块为称重控制器，主要负责控制整个系统工作；第四个模块为称重显示器，其主要作用是将输入信号显示出来。其中第一个模块是信号采集系统，该模块由单片机、模拟电路、数字电路和电源等组成。第三个模块是称重控制器，该模块由称重控制器、人机交互界面和通信接口等部分组成。第四个模块是控制系统，该模块主要负责将上位机的指令执行并与下位机进行通讯等工作。第五个模块为称重显示器，其主要作用是显示称重传感器的输出信号以及相应的数据。

六、系统控制流程及优化设计

首先，叉车司机打开手机 APP，在手机上点击叉车信息模块，进入叉车信息界面。界面显示的信息包括：当前时间、当前负载和载重。叉车司机可以通过点击导航按钮切换至当前位置，在导航界面上选择路径，导航栏显示路径规划图。如果选择的是直线路径，导航栏中会出现引导标识，会引导叉车司机向目标位置行进；如果选择的是曲线路径，导航栏中会出现辅助标识，会显示辅助信息提示。当叉车司机点击导航按钮进入导航界面后，地图会根据驾驶员选择的路径自动规划路径并显示路径规划图。

导航界面显示的信息完成后，系统会根据预设的重量值自动计算叉车载荷。此时，系统可以选择车辆类型和行驶方向进行载荷计算。根据货物载重数据计算得出的载荷信息并输入至主控制器中。主控制器接收传感器传来的载荷信号并进行处理后显示到界面上。主控制器处理数据的方式包括：将数据发送给驱动叉车电机转动、将数据发送给主控制器控制信号、将数据发送给显示器并显示结果。

在应用中，需要注意以下几点：1、本系统采用 CAN总线技术实现与控制器和现场设备之间的通信；2、叉车载荷信息只需通过 CAN总线上传至系统中央服务器即可。在系统安装时应保证叉车位置固定好且不能受到外力影响；3、CAN总线控制信号采用 CAN总线专用控制芯片 MCU进行处理并发出指令；4、称重传感器采用数字压力传感器；5、叉车司机可通过手机 APP查看当前载荷数据信息；6、由于车辆载重变化时，负载重量变化较大且变化速率较快，为保证叉车正常工作，本系统可将负载数据信息作为 PID调节器的参考值。当负载数据超出系统预设值时，PID调节器自动调整电机转速使负载数据维持在预设值附近，以此提高叉车使用效率和安全性。

七、软件设计

智能叉车称重系统软件设计，主要包括主程序设计、数据采集程序设计和显示程序设计三个部分。主程序部分的主要功能是在上位机和下位机之间传递数据，并根据实际需要对数据进行处理。数据采集程序部分主要负责采集智能叉车的电压信号和电流信号，并对这些信号进行处理，得到叉车重量和车速信息。显示程序部分主要负责显示智能叉车的重量和速度信息。此外，还具有键盘输入、LCD显示等功能。在智能叉车称重系统的软件设计中，采用模块化结构设计思想，将系统的主要功能分为四个模块：数据采集模块、显示模块和键盘输入模块。并且在此基础上设计出相应的子模块。

八、实验验证

根据上述理论分析和设计，对智能叉车称重系统进行了实验验证，并对其实验结果进行了分析，本文所设计的智能叉车称重系统的实际精度非常高，与理论分析结果相差不大，其测量误差非常小，说明本文所设计的智能叉车称重系统具有良好的抗干扰能力和较高的精度。另外，在实际使用过程中，通过对其进行数据分析也可以得出这样一个结论：通过本文设计的智能叉车称重系统对货物进行称重时，不仅能够保证货物的精确称重，还能够使货物不会受到外界环境、设备等因素的干扰而导致称重数据发生变化。因此可以看出，本文设计的智能叉车称重系统具有较高的精确性和较强的抗干扰能力。

结语

目前，我国的智能叉车还处于起步阶段，大部分企业还没有将智能叉车作为新的发展方向。由于我国企业在使用智能叉车的过程中，对其称重系统的抗干扰能力、智能化程度以及工作效率等方面提出了更高的要求。因此，如何提高智能叉车称重系统的抗干扰能力，是目前我国智能叉车推广过程中面临的重要问题。本文针对上述问题进行了分析，并提出了一种智能叉车称重系统的优化设计方法。首先，采用无线网络传输技术将传感器信号传输到控制器上；其次，控制器接收传感器信号并将其转换为数字信号传输至上位机软件上，从而实现智能叉车称重系统的智能化；再次，通过嵌入式技术将智能叉车称重系统中的各个功能模块集成到一起，并通过软件编程实现与上位机软件之间的通信；最后，实验测试结果表明：采用该优化设计方法后的智能叉车称重系统具有良好的抗干扰能力和智能化程度，与传统叉车称重系统相比，具有更高的检测精度、更好的实时性、更高的工作效率。因此该优化设计方法具有一定推广价值和应用前景。

参考文献：

[1]何静，艾利，金闯.智能称重系统的优化设计及应用[J].衡器，2021，50（07）：15-17+25.

[2]郭北军，裴昊天，马跃，郭志云，温馨，李占龙.百吨级重型矿用自卸车车载智能称重系统研究[J].机械工程与自动化，2022（06）：224-226.

[3]申鹏程，申鹏，滕健.基于电量采集智能算法的新型称重系统研发与应用[J].现代食品，2022，28（22）：15-20.

（作者单位：杭叉集团股份有限公司）