幽冥大陆(二十八)Fortran语言智慧农业电子秤读取——东方仙盟炼气期

代码

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program ScaleReader
    implicit none
    ! 配置参数
    character(len=10), parameter :: PORT_NAME = "COM3"    ! 串口号
    integer, parameter :: BAUD_RATE = 9600                ! 波特率
    integer, parameter :: STABLE_COUNT = 6                ! 稳定判定次数
    real, parameter :: EPSILON = 0.001                    ! 浮点数误差容忍度
    integer, parameter :: MAX_BUFFER = 100                ! 数据缓冲区大小
    
    ! 状态变量
    real :: recent_weights(STABLE_COUNT) = 0.0            ! 存储最近N次重量
    integer :: weight_idx = 1                             ! 当前存储索引
    real :: stable_weight = -1.0                          ! 最终稳定重量
    logical :: is_running = .true.                        ! 程序运行标志
    character(len=MAX_BUFFER) :: input_data               ! 串口输入缓冲区
    integer :: iostat                                     ! I/O状态码
    
    ! 程序入口
    print *, "=== 电子秤数据采集程序 ==="
    print *, "串口号：", PORT_NAME
    print *, "波特率：", BAUD_RATE
    print *, "等待数据稳定（连续", STABLE_COUNT, "次相同值）..."
    print *, "按 Ctrl+C 退出"
    print *
    
    ! 初始化串口（模拟，实际需调用系统API或硬件库）
    if (.not. init_serial(PORT_NAME, BAUD_RATE)) then
        print *, "错误：串口", PORT_NAME, "打开失败！"
        stop 1
    end if
    
    ! 主循环：读取串口数据
    do while (is_running)
        ! 读取串口数据（模拟，实际需从硬件读取）
        call read_serial(input_data, MAX_BUFFER, iostat)
        if (iostat /= 0) then
            print *, "警告：数据读取失败，错误码：", iostat
            cycle
        end if
        
        ! 解析重量数据
        call parse_weight(input_data, recent_weights(weight_idx), iostat)
        if (iostat == 0) then
            ! 打印当前重量
            print "(A, F8.3, A)", "当前重量：", recent_weights(weight_idx), " kg"
            
            ! 更新索引（循环存储）
            weight_idx = weight_idx + 1
            if (weight_idx > STABLE_COUNT) weight_idx = 1
            
            ! 检查是否稳定
            if (check_stable(recent_weights, STABLE_COUNT, EPSILON)) then
                stable_weight = recent_weights(1)  ! 稳定后取第一个值
                call close_serial()                ! 关闭串口
                exit                               ! 退出循环
            end if
        end if
        
        ! 延迟100ms，避免CPU占用过高（模拟串口数据采样间隔）
        call sleep(0.1)
    end do
    
    ! 输出结果
    if (stable_weight /= -1.0) then
        print *
        print *, "=== 采集完成 ==="
        print "(A, F8.3, A)", "最终稳定重量：", stable_weight, " kg"
    else
        print *
        print *, "程序异常退出，未获取稳定重量"
    end if
    
contains

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 初始化串口（模拟实现，实际需根据系统调整）
    ! 输入：port - 串口号，baud - 波特率
    ! 输出：.true. = 成功，.false. = 失败
    !-------------------------------------------------------------------
    logical function init_serial(port, baud)
        character(len=*), intent(in) :: port
        integer, intent(in) :: baud
        ! 实际实现需调用：
        ! - Windows：CreateFile、SetCommConfig等API
        ! - Linux：open、tcsetattr等系统调用
        ! - 硬件平台：需结合厂商提供的Fortran接口库
        init_serial = .true.  ! 模拟成功
        print *, "串口", port, "已打开，波特率：", baud
    end function init_serial

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 读取串口数据（模拟实现）
    ! 输入：buffer - 数据缓冲区，buf_len - 缓冲区长度
    ! 输出：buffer - 读取到的数据，iostat - 状态码（0=成功）
    !-------------------------------------------------------------------
    subroutine read_serial(buffer, buf_len, iostat)
        character(len=*), intent(out) :: buffer
        integer, intent(in) :: buf_len
        integer, intent(out) :: iostat
        real :: random_weight  ! 模拟随机重量（实际从串口读取）
        
        ! 模拟：生成10.0~12.0kg之间的随机重量，偶尔重复6次触发稳定
        call random_number(random_weight)
        random_weight = 10.0 + 2.0 * random_weight
        
        ! 每30次模拟一次稳定数据（连续6次相同）
        integer, save :: count = 0
        count = count + 1
        if (count > 24 .and. count <= 30) then
            random_weight = 11.234  ! 模拟稳定值
        else if (count > 30) then
            count = 0
        end if
        
        ! 转换为字符串存入缓冲区（模拟串口数据格式："11.234kg"）
        write(buffer, "(F8.3, A)") random_weight, "kg"
        iostat = 0  ! 模拟读取成功
    end subroutine read_serial

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 解析重量数据（提取字符串中的数字部分）
    ! 输入：data - 原始数据字符串
    ! 输出：weight - 解析后的重量，iostat - 状态码（0=成功）
    !-------------------------------------------------------------------
    subroutine parse_weight(data, weight, iostat)
        character(len=*), intent(in) :: data
        real, intent(out) :: weight
        integer, intent(out) :: iostat
        integer :: i, j
        character(len=len(data)) :: numeric_part
        
        iostat = 1  ! 初始化为失败
        numeric_part = ""
        
        ! 提取数字部分（支持正负号、小数点）
        do i = 1, len_trim(data)
            select case (data(i:i))
                case ('0':'9', '.', '+', '-')
                    j = len_trim(numeric_part) + 1
                    numeric_part(j:j) = data(i:i)
                case default
                    exit  ! 遇到非数字字符停止
            end select
        end do
        
        ! 转换为实数
        if (len_trim(numeric_part) > 0) then
            read(numeric_part, *, iostat=iostat) weight
        end if
    end subroutine parse_weight

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 检查是否连续N次重量稳定
    ! 输入：weights - 重量数组，n - 次数，epsilon - 误差容忍度
    ! 输出：.true. = 稳定，.false. = 不稳定
    !-------------------------------------------------------------------
    logical function check_stable(weights, n, epsilon)
        real, intent(in) :: weights(n)
        integer, intent(in) :: n
        real, intent(in) :: epsilon
        integer :: i
        real :: ref_weight
        
        check_stable = .false.
        ref_weight = weights(1)
        
        ! 检查所有值是否在参考值的误差范围内
        do i = 2, n
            if (abs(weights(i) - ref_weight) > epsilon) then
                return
            end if
        end do
        
        check_stable = .true.
        print *, "提示：数据已稳定！"
    end function check_stable

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 关闭串口（模拟实现）
    !-------------------------------------------------------------------
    subroutine close_serial()
        print *, "串口已关闭"
    end subroutine close_serial

    !-------------------------------------------------------------------
    ! 延迟函数（单位：秒，模拟实现）
    !-------------------------------------------------------------------
    subroutine sleep(sec)
        real, intent(in) :: sec
        integer :: ms
        ms = nint(sec * 1000)
        ! 实际实现需调用系统延迟API：
        ! - Windows：Sleep(ms)（需用ISO_C_BINDING调用）
        ! - Linux：call system("sleep "//trim(str(sec)))
    end subroutine sleep

end program ScaleReader

关键说明

1. 局限性（Fortran 的天生限制）

无 GUI 支持：Fortran 没有原生桌面 GUI 库，无法实现原程序的窗口界面，只能通过命令行交互。
串口通信模拟 ：代码中init_serial、read_serial为模拟实现，实际使用需：
- Windows：通过 ISO_C_BINDING 调用 Win32 API（CreateFile、SetCommState等）。
- Linux：调用系统调用（open、tcsetattr）或第三方库（如libserialport的 Fortran 绑定）。
- 嵌入式 / 硬件平台：需使用厂商提供的 Fortran 接口库（如 PLC、单片机的专用库）。
跨平台性差：串口通信和延迟函数需根据操作系统单独适配。

2. 核心功能保留

保留了「连续 6 次相同重量判定为稳定」的逻辑（支持浮点数误差容忍）。
实现了重量数据解析（提取字符串中的数字部分）。
提供命令行状态提示（当前重量、稳定状态）。

3. 编译与运行

编译器：支持 Fortran 90 及以上标准（如gfortran、Intel Fortran）。
编译命令（gfortran）： bash

运行
复制代码
```
gfortran scale_reader.f90 -o scale_reader.exe
```
运行：直接执行生成的可执行文件，命令行会输出重量数据，稳定后自动退出并显示结果。

4. 实际应用适配

若需用于真实硬件，需修改以下部分：

串口通信模块 ：替换init_serial、read_serial、close_serial为真实的硬件接口调用。
数据解析函数 ：根据电子秤的实际输出格式调整parse_weight（如去除特定前缀 / 后缀、处理校验位等）。
延迟函数 ：根据操作系统实现真实的延迟（如 Windows 调用Sleep，Linux 调用nanosleep）。

适用场景

该代码适用于 嵌入式系统、科学仪器、大型机等 Fortran 主导的环境，用于无界面的重量数据采集场景（如工业自动化、实验设备数据记录）。若需桌面 GUI 功能，建议搭配其他语言（如 C++/Python）编写界面，通过进程通信（如管道、文件）调用 Fortran 核心逻辑。

Fortran 在电子秤读取中的卓越优势、多元场景与初学者指南

Fortran 作为一款历史悠久且功能强大的编程语言，在电子秤读取领域有着独特的价值。通过对上述代码的深入分析，我们能够全面了解 Fortran 在这一领域的重要意义、丰富应用场景以及初学者的学习路径。

Fortran 电子秤读取的优势与重要意义

数值计算精度与稳定性 ：Fortran 在数值计算方面具有卓越的表现，它提供了高精度的数据类型和丰富的数学函数库。在电子秤读取应用中，能够精确处理重量数据，确保数据的准确性和稳定性。例如，通过合理设置数据类型和误差容忍度（如代码中的EPSILON参数），可以有效应对浮点数运算带来的精度问题，满足电子秤数据高精度处理的需求。
高效的执行效率：Fortran 编译器经过长期优化，生成的代码执行效率高。在处理电子秤连续不断的数据读取和实时分析任务时，能够快速响应，确保数据处理的及时性。这对于需要实时监控电子秤数据的场景至关重要，能够及时反馈重量信息，提高工作效率。
代码结构清晰与可维护性 ：Fortran 采用模块化的编程结构，通过contains关键字将相关的函数和子例程组织在一起，使得代码结构清晰，易于理解和维护。在电子秤读取程序中，不同功能模块如串口初始化、数据读取、解析和稳定性判断等都被独立封装，便于开发者进行调试、修改和扩展，降低了开发和维护成本。

10 个应用场景

工业生产质量把控：在汽车制造、机械加工等工业生产线上，电子秤用于测量零部件重量，Fortran 程序读取这些数据，实时监测产品重量是否符合标准。例如，汽车发动机的关键零部件，通过精确称重判断其是否满足质量要求，及时发现生产过程中的质量问题，保障产品质量的一致性和稳定性。
商业零售结算环节：超市、便利店等零售场所使用电子秤获取商品重量，Fortran 程序自动计算价格并生成结算信息。这不仅提高了结算效率，还减少了人工计算错误，为顾客提供准确快捷的购物体验，同时也有助于商家进行库存管理和成本核算。
物流行业包裹处理：物流企业利用电子秤称量包裹重量，Fortran 程序读取数据后与物流管理系统集成，自动计算运费、安排配送路线等。这优化了物流流程，提高了物流运营的智能化水平，降低了运营成本，提升了物流服务质量。
食品加工精准配料：在食品加工行业，精确的配料是保证产品质量和口味一致性的关键。Fortran 读取电子秤数据，按照预设配方准确控制原材料用量，实现自动化生产流程。例如，面包制作过程中，精确控制面粉、水、酵母等原料的重量，确保每批次产品的质量稳定。
制药行业质量管控：药品生产对重量精度要求极高，Fortran 电子秤读取程序用于对药品原料、中间体和成品进行精确称重。严格控制药品剂量，保障药品质量和安全性，符合药品生产的严格规范和质量标准，确保患者用药安全有效。
科研实验数据采集：在科研实验室中，电子秤用于精确称量化学试剂、生物样本等。Fortran 程序读取重量数据并自动记录，同时进行数据分析和处理。这提高了实验数据的准确性和记录效率，为科研工作提供可靠的数据支持，有助于科研人员得出准确的实验结论。
珠宝鉴定与交易：珠宝行业对重量精度要求极高，高精度电子秤结合 Fortran 程序读取重量数据，为珠宝鉴定和定价提供准确依据。确保珠宝交易的公平公正，维护买卖双方的利益，促进珠宝行业的健康发展。
农业农产品收购分级：在农产品收购环节，电子秤称重结合 Fortran 程序，快速统计农产品重量，并根据重量和质量进行分级定价。这实现了农产品收购的自动化和规范化管理，提高了收购效率，保障了农民和收购商的利益。
环保废弃物回收计量：环保回收企业利用电子秤对回收的废弃物进行称重，Fortran 程序读取数据，统计回收量，为废弃物处理和资源再利用提供数据支持。同时，便于环保监管部门对废弃物回收情况进行监控和管理，推动环保事业的发展。
医疗保健体重监测：在医院、健身房等场所，电子秤用于测量人体体重。Fortran 程序读取重量数据，与医疗信息系统或健身管理系统集成，方便医生或教练跟踪患者或会员的体重变化，提供个性化的健康建议和治疗方案，助力人们的健康管理。

初学者如何利用

掌握基础知识 ：
- Fortran 基础语法 ：初学者需要学习 Fortran 的基本语法，包括变量声明、数据类型（如整数、实数、字符等）、运算符、控制结构（如if - then - else、do循环等）以及函数和子例程的定义与调用。理解 Fortran 的程序结构和模块化编程思想，这是编写高效、可维护代码的基础。
- 串口通信原理：了解串口通信的基本原理，包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验等概念。虽然代码中串口操作是模拟实现，但实际应用中需结合操作系统相关 API 或硬件厂商提供的库进行串口配置和数据读取，掌握这些知识有助于理解和实现真实的串口通信功能。
- 数值计算与数据处理：学习 Fortran 在数值计算方面的特性，如高精度数据类型的使用、数学函数库的调用等。掌握数据处理和分析的方法，以便在电子秤读取应用中准确处理和分析重量数据。
深入剖析代码 ：
- 运行与观察：将代码复制到 Fortran 开发环境中运行，观察程序的输出结果。了解程序如何模拟串口数据读取、解析重量数据以及判断数据稳定性的过程，熟悉程序的整体运行逻辑。
- 代码解读 ：仔细研读代码，分析每个函数和子例程的功能。例如，理解init_serial函数如何模拟串口初始化，read_serial函数怎样模拟数据读取，parse_weight函数如何解析重量数据以及check_stable函数如何判断数据稳定性。逐步跟踪代码执行流程，掌握数据在各个模块之间的传递和处理方式。
实践与创新 ：
- 简单修改与测试：尝试对代码进行简单修改，如调整串口参数（波特率、串口号等）、改变数据解析方式或调整稳定性判断的条件。通过修改和测试，观察程序行为的变化，加深对代码和相关概念的理解。
- 功能扩展与优化：根据实际需求对程序进行功能扩展，比如添加数据存储功能，将读取到的重量数据保存到文件或数据库中；或者优化代码性能，提高数据处理效率。在实践过程中，不断积累经验，提升自己的编程能力和解决实际问题的能力。

通过系统学习基础知识、深入剖析代码以及积极实践创新，初学者能够逐步掌握利用 Fortran 进行电子秤数据读取的技能，为在各个领域实现精准计量和数据处理奠定坚实基础。

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