電子天平是基于電磁力與物質的重力相平衡的原理，當秤盤上加上載荷時，秤盤的位置發生了相應的變化，此時位置檢測器通過調節器和放大器將變化量轉換成線圈中的電流信號，并在采樣電阻上轉換成與載荷相對應的電壓信號，再經過低通濾波器和模數轉換器，變換成數字信號傳輸給計算機進行數據處理，并將此數值顯示在顯示屏上。電子天平是分析測試中最常使用的基本支撐儀器。如在土壤和植物成分的定量分析中，需要使用電子天平稱量樣品的質量;在鹽分分析中，需要使用電子天平對同一燒杯在不同時間反復稱量，直至恒重。

　　通常情況下，實驗室里使用電子天平稱量樣品時需要手動記錄數據，然后輸入電腦，再進行數據處理。當數據量較大時，在數據轉移過程中容易發生錯誤，同時數據錄入也是不小的工作量。實驗室的電子天平大都具有RS232等串口接口，如德國賽多利斯和瑞士梅特勒-托利多等品牌。

　　預留RS232的目的是可以讓天平與針式打印機或者電腦連接，進行數據的輸出。配置針式打印機后，稱量樣品的質量通過打印機，逐條打印。但是打印出的數據還需要人工輸入到電腦進行后續處理，工作量沒有得到明顯的減少。配置電腦后，數據能夠得到有效的轉移，但是需使用商用電腦端，且每一臺天平需要配置一臺電腦，占據實驗室空間。數據信息存儲與查詢系統一直是Internet上最活躍最主要的一項功能，利用ActiveServerPages技術，基于C/W模式可以實現服務端數據庫的存儲與查詢。

　　安卓系統(Android)是一個完全開放的操作系統，隨著用戶和應用的日益豐富，Android作為移動端新的平臺已經走向成熟。本研究開發了一套基于Android移動端的電子天平數據記錄系統，提供了數據的便捷記錄途徑，既不占據實驗室物理空間，又可避免實驗人員的記錄錯誤，同時也減輕了大量數據錄入的工作量，顯著提高了工作效率。

　　1實驗部分

　　1.1儀器與軟件

　　ME403E電子天平(梅特勒⁃托利多國際貿易(上海)有限公司);力特Z⁃TEK614RS232⁃MicroB數據轉換器(東莞市茂肯電子有限公司);BT5707串口藍牙適配器(北京水木行電子設備有限公司);ASP網站平臺(VisualStudio2010)、關系型數據庫(MySQL64位5.7.19)和安卓開發平臺(AndroidStudio2.3)。

　　1.2系統總體架構

　　將電子天平的數據通過RS232傳輸至手機，手機與云服務器進行數據同步。分析測試人員可以通過辦公電腦訪問云服務器，在進行分析樣品批次管理和序列設置的同時，又可以獲得電子天平的稱量數據。主要包含3部分內容。首先，使用RS232-MicroB數據轉換器為通訊接口的有線模式和使用藍牙適配器為通訊接口的藍牙模式，使得電子天平RS232與手機APP之間數據通訊，為數據在硬件之間傳輸提供通道，這兩種可選擇的通訊方式可以為數據記錄的穩定性和可靠性提供保證。其次，在AndroidStudio環境下，編寫手機APP軟件，分別接受兩種通訊模式的數據，能夠訪問和操作web服務器上的數據庫。最后，編寫電子天平數據記錄系統的網絡平臺，分析人員可以使用辦公電腦打開網絡平臺，編輯稱樣順序和下載稱量結果。通過本系統進行數據傳輸，能提高數據傳輸的可靠性和便捷性。

　　2結果與討論

　　2.1網絡平臺與移動端軟件的設計

　　分析測試人員可以通過網絡平臺的“用戶數據管理”頁面對稱量批次進行管理。通過“選擇”和“完成”對批次的“當前狀態”進行管理。只有“正在稱樣”的批次，才送至移動客戶端。在“樣品信息詳細列表”中，可以通過模板導入將要稱量樣品的順序;也可以通過“追加”和“插入”對稱量列表進行編輯。移動客戶端對重量進行記錄完成后，在網絡平臺的“樣品信息詳細列表”中的“導出”為excel文件，供分析測試人員使用(操作手冊請見電子版文后支持信息)。移動端軟件具有“有線”和“藍牙”兩種通訊接口，分別對應于兩個應用程序。這兩個移動端軟件除了在“連接天平”時有選擇區別，其他設計一致。

　　分析測試人員通過菜單選擇連接天平，在移動端的菜單中進行新建批次、選擇批次，以及關于移動端程序的相關輔助操作，包括在移動端打開網站平臺、保存數據、系統更新和系統版本說明。通過“選擇批次”后，在主頁面上會顯示“當前批次”的樣品信息。可以在頁面下方進行樣品稱樣程序設定，通過“追加”和“插入”進行編輯。通過觸屏技術，可以隨時修改稱量樣品的樣品名和容器名，為稱量的容錯、糾錯提供了保證。比如，稱量某一個樣品時撒到了容器外面，此時這個樣品將作廢，可以將樣品質量變為“準備”狀態后重新稱量。

　　如果某一樣品暫時不稱樣，通過觸屏彈出，修改樣品信息為“暫緩”。容器名和樣品名可以通過網絡平臺或者移動端軟件進行預編輯輸入數據庫。無論“有線通訊”模式還是“藍牙通訊”模式，均通過相應的串口匹配協議數據傳輸。分析測試人員按電子天平上面的“發送”按鈕，數據將通過通訊協議傳輸到手機端。在定位到將要記錄數據的位置后，對傳送來的數據進行解析、存儲，結束當前定位的稱量位置的數據記錄。移動端軟件繼續定位到下一個稱量位置，等待電子天平“發送”下一個稱量數據，直到稱量結束。

　　2.2數據記錄系統的操作方法與數據傳輸

　　為實現電子天平稱量所獲數據經手機向所述云服務器的傳輸，實際應用中需要構建容器名、樣品名和樣品質量的對應關系。容器名和樣品名在網絡平臺或者手機端軟件生成過程中，會在數據庫中產生唯一性的編號作為數據媒介。以唯一性編號為橋梁為容器名、樣品名和樣品質量的指針構建對應關系。云服務器數據庫中構建用于記錄針對所有數據進行操作的日志文件，包括數據插入、數據更新和數據刪除等操作。

　　由于手機內存有限，其處理能力不足;同時，由于技術性差異，手機不能直接訪問遠程服務器上MySQL數據庫。使用webService技術，承擔將服務器端數據調用返回功能，數據以xml通用格式返回供Android端調用解析。通過在遠程服務器和Android之間建設中間件的形式，實現數據交互，便于移植。通過上面的自定義類完成安卓端的數據與服務器端的數據庫的數據進行操作。

　　有線通訊選用具有FT311D芯片的接口連接器，其優點是USB與UART一步到位封裝，無須固件，具有專屬API，開發更容易，不需要再安裝驅動。藍牙通訊選用具有標準的CSR藍牙芯片的藍牙發生器，其優點是內部嵌入了藍牙協議軟件，因此不需要另外安裝驅動程序，其增強的誤差率性能和自動跳頻技術，可確保高效安全的通訊，并具有更強的抗干擾能力，保障通訊的穩定性和可靠性。從程序設計方面看，有線版在與電子天平聯用時，參數選擇更為豐富，只需要波特率、數據位、停止位等與電子天平的設置一致即可。

　　藍牙的串口參數已經固定在設備固件中，設置參數中，波特率為9600，數據位為8位，停止位為1位。從使用便捷度考慮，藍牙模式更方便。波特率與數據的傳輸速率呈正相關的關系， 波特率越高，傳輸速率越快。本應用因為稱量樣品過程需要時間，傳輸速率和傳輸延遲方面足夠滿足需求。在串口數據傳輸過程中，數據均經過校驗位校驗來排除誤碼的發生。

　　2.3實際樣品測定應用

　　比較了傳統手工稱量記錄方法和功能開發后的記錄方案的便捷性。在南京土壤研究所中隨機選取一名分析測試人員，共稱量100個樣品，對稱量環節的時間進行記錄，比較兩種數據記錄方法操作時間進行比較。結果顯示：移動記錄時間的節省體現在樣品表格編寫和數據錄入過程，手工記錄共使用185min，而移動記錄共使用111min，節省了74min，約40%的時間。

　　另外，手工記錄實驗后，數據錄入過程中發生3次竄行，經過檢查得到糾正，移動記錄中沒有發生這種情況。數據記錄系統的便捷性和準確性得到顯著提升，提高了工作效率，在實驗室實際運行中取得了良好效果。

　　3結論

　　本研究通過有線和藍牙兩種數據通訊模式，開發出基于Android移動端的電子天平數據記錄方案。稱量數據經過電子天平的RS232串口與手機之間通訊，數據通過手機傳輸至服務器數據庫，完成稱量數據的記錄。通過與傳統手工稱量記錄相比，功能開發以后的移動記錄方案節省約40%的測量和處理時間，記錄的便捷性和準確性得到顯著提升，提高了工作效率，在實驗室實際運行中取得了良好效果。今后，還可以通過圖像數字識別、語音識別、機器人深度學習與訓練等計算機技術，將其他數顯儀器(如電子天平、火焰光度計、紫外分光光度計和pH計等)的顯示數值進行數字信息化識別，進而與現有的數據庫系統通訊，完成更多儀器的無紙化記錄。

　　作者：王如海∗1唐昊冶1徐仁扣1錢薇1高德民2倪俊1涂勇輝1龔華1