MP1518М – логистический сканер, часть 1. Компоненты и принцип измерения.

Задача полуавтоматического и автоматического определения габаритов и веса упаковки (груза) актуальна для предприятий, предоставляющих логистические и транспортные услуги, распределительных центров, складов ответственного хранения, дистрибьюторов различных товаров и т.п.

В большинстве  случаев упаковка имеет кубическую форму и для определения ее габаритов и объема достаточно измерить ширину, длину и высоту в одной точке для каждого измерения. Для полноты определения характеристик груза также необходим вес.

Но не всякий интернет-магазин, в особенности начинающий, готов приобрести профессиональное решение задачи определения весо-габаритных характеристик груза, стоимость которого выражается шестизначной цифрой. К тому же, у разных потребителей может быть разное понимание физической конфигурации измерителя и его размеров: измеритель может требоваться, например, компактный, или привязанный к элементам имеющейся конструкции, или использующий имеющуюся весовую платформу.

Предлагаемый компанией Мастер Кит логистический сканер MP1518M предполагает самостоятельное размещение его элементов и, таким образом, расширяет возможности его применения, имея при этом невысокую стоимость.

Пример реализации логистического сканера (автоматический сканер размера упаковки и веса)

Сканер предназначен для автоматического измерения размеров упаковки, веса (опционально) и передачи этих данных в учетные системы складов, распределительных центров, интернет-магазинов и т.п.

Установка логистического сканера заметно повышает производительность труда и минимизирует ошибки и опечатки при вводе весо-габаритных параметров грузов в учетные системы; позволяет контролировать счета от транспортных компаний за перевезенные грузы; дает возможность в короткие сроки создать базу данных весо-габаритных параметров  товара для использования в WMS (систем управления складом);

Технические характеристики:

(по индивидуальной заявке подбирается необходимый тензодатчик)

Оборудование рабочего места и запуск сканера в эксплуатацию осуществляется техническим персоналом заказчика и могут быть организованы как рационализаторская работа. С учетом вышесказанного применение сканера обеспечивает:

- невысокую стоимость по сравнению с готовыми образцами измерителей и весов; при ограниченном бюджете можно оборудовать большее количество рабочих мест;

- возможность подключить измеритель к существующей информационной системе без доработок программного обеспечения; измеритель передает данные в буфер клавиатуры и имитирует ручной ввод данных;

- индивидуально настраиваемые формат и размерность ввода данных, а также переходы (макросы) между полями вашей учетной системы; данные будут автоматически заноситься именно в те поля, которые для них предназначены, так, как будто выделено нужное поле и в него введены данные с клавиатуры.

Сканер MP1518M поставляется в виде настроенного комплекта электроники и инструкции-рекомендации по сборке сканера на площадках заказчика и инструкции по эксплуатации. При покупке обеспечивается техническая поддержка.

1.      Основные компоненты логистического сканера

Основной блок измерителя смонтирован на двухсторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и состоит из следующих элементов:

- модуль Arduino Leonardo на микроконтроллере ATMega32U4, который, помимо исполнения основной программы работы сканера, обладает аппаратной реализацией эмуляции HID-устройств, таких, как мышь и клавиатура;

- четырехстрочный жидкокристаллический дисплей для отображения результатов измерений и настройки параметров;

- модуль АЦП для подключения весовых датчиков на специализированной микросхеме;

- блок кнопок для настройки параметров измерителя;

- набор разъемов для подключения датчиков размеров и веса.

Три идентичных датчика размеров представляют собой ультразвуковые измерители расстояния - дальномеры. Каждый из них состоит из смонтированных на одной плате передатчика и приемника ультразвукового сигнала с необходимой обвязкой. Передатчик-излучатель генерирует сигнал, который, отразившись от препятствия, попадает на приемник. Процесс посылки сигнала и его прием обеспечиваются микроконтроллером Arduino Leonardo. Измерив время, за которое сигнал проходит до объекта и обратно и зная скорость распространения звуковых волн, можно рассчитать расстояние до объекта, от которого отражаются звуковые волны. Это также делает управляющая программа микроконтроллера.

В комплект также входят четыре тензометрических датчика для измерения веса. Принцип действия тензометрического датчика основан на изменении сопротивления тензосенсора, механически жестко связанного с конструкционными элементами датчика, при изменении геометрических размеров сенсора. Специализированная микросхема HX711 модуля АЦП, к которому подключаются тензодатчики, выдает на своем выходе цифровое значение, пропорциональное приложенному к датчику весу. Используемый при этом интерфейс обмена данными схож с интерфейсом I2C, поэтому их несложно считать с помощью микроконтроллера.

Кроме того, сканер укомплектован кабелями для подключения датчиков и изготовленными с помощью 3D-печати корпусами для датчиков расстояния.

Таким образом, комплект поставки сканера выглядит следующим образом:

2.      Принципы проведения измерений

Ультразвуковые датчики расстояний должны располагаться по осям координат таким образом, чтобы измеряемый короб максимально необходимого размера мог быть размещен внутри ограниченного началом координат и датчиками пространства. Началом координат должен служить упор, куда размещается один из углов измеряемого короба.

Расстояние от каждого датчика до начала координат будем называть «базовым». Для каждой оси оно является уникальной величиной, которая определяется при калибровке, и хранится в памяти прибора.

При размещении измеряемого короба одним из своих углов в начало координат, сканер будет измерять расстояние до стенок короба по каждой оси.

Размеры короба по каждой оси вычисляются по формуле:

Размер = Базовое расстояние – Текущее расстояние до стенки

Вычисленные размеры отображаются на экране сканера и могут быть переданы в учетную систему.

Как уже отмечалось, измерение веса груза, помещенному на платформу, производится с помощью тензодатчика.

Датчик закреплен одним своим плечом на платформе, другим плечом через регулируемую ножку опирается на поверхность. Вес короба и платформы давит на незакрепленное плечо тензодатчика и изгибает его. Изгиб датчика меняет сопротивление встроенного в датчик сенсора - тензорезистора. Измеряя ток, проходящий через резистор датчика, можно измерить силу, действующую на датчик.

Эта сила создается весом платформы и короба. Для того, чтобы учесть вес платформы, применяется операция «ТАРИРОВКА».  При этом измеряется вес платформы без груза. При вычислении веса груза этот вес вычитается из результатов измерений.

Для изготовления весовой платформы небольших размеров 400х600 мм можно использовать один датчик веса типа «single point» (одиночный). Такой датчик размещается по центру платформы между неподвижным основанием и подвижной платформой, на которую укладывается груз. Так устроено большинство настольных весов.

Датчик, установленный таким образом, нечувствителен к боковым изгибам и достаточно точно измеряет вес, даже если груз лежит не по центру весов. Жесткость корпуса датчика в этом случае компенсирует скручивающую силу.

За счет наличия крепежных отверстий, разнесенных по двум осям, удается создать весьма жесткую и прочную конструкцию весов. Датчики такого типа выпускаются для взвешивания 50, 100, 200 кг.

Для измерения веса крупногабаритных товаров рекомендуется платформа с датчиками рычажного типа, которые размещаются по краям измерительного стола. Датчики такого типа воспринимают нагрузку только в направлении, указанном стрелкой. Все датчики подключаются параллельно.

В комплект MP1518M входит 4 датчика веса для изготовления 4-х точечной весовой платформы:

Продолжение следует ....