基于单片机的称重装置在电梯系统中的应用

李 海，林少茵

（中山职业技术学院，广东中山 528404）

工业生产和日常生活都离不开称重计量。随着生产的发展，人们对称重的精度要求不断提高，特别是在包装、食品、化工、医药、科研等行业中，都要求有较高的称重精度。随着传感器，单片机等技术的发展，电子秤可以完成在运动中实时称重、显示、记录及设定信号。并且和单片机一同实现在线控制和测量，根据预先设定好的程序，对测重过程进行实时监控。除此以外，还可以对采集到的那个数据进行计算，并对测量结果进行各种参数分析和修正，自动求得和显示诸如重量、皮重、净重、毛重、单价等。

电梯称重检测装置作为电梯设备的基础元件，影响着电梯的安全和运行。它根据轿厢重量的变化输出电压信号，经过A/D转换成数字信号至电梯控制系统，系统再控制变频器输出相应的力矩以控制电梯安全、平稳启动。为了解决电梯系统中的重量控制问题，本文利用AT89S51单片机设计了电子称重系统。

1 电梯称重装置

电梯的称重装置包括机械和电气两部分，机械部分主要是用于检测轿厢因重量变化而产生的垂直方向位移量称重载体［1］。当轿厢的重量超过了额定设置的重量后，机械开关动作，电梯发出警报，电梯不能正常启动，保证电梯的安全。电气部分主要是通过安装在称重载体上的检测元件，将轿厢重量的变化以电压值形式输出，再经A/D转换成数字信号传送给电梯控制系统进行处理，系统根据接收到的信号控制变频器输出力矩，以确保电梯可以安全、平稳地运行。

基于单片机的电梯称重装置在电梯运行过程中发挥着重要作用。此次设计的电梯称重装置是一款满足普通电梯称重要求的电梯称重控制仪器。称重控制仪的称重传感器部分采用桥式应变片传感器，可应用于平稳安装技术。确保电梯的长期稳定运行;称重传感器提供多种安装方式，可以安装于活轿底电梯的轿厢轿底、电梯轿顶横梁上面等，与控制仪配合使用。

2 电梯称重装置的总体设计

电梯称重装置由两部分组成，包括称重传感器和转换显示。称重传感器将重量信号转换成电信号经传输线送给单片机，由单片机进行转换运算处理和显示数据，完成电梯称重。当电梯轿厢内重量变化时，电梯称重装置根据要求可以输出0～10 mA电流信号或0～10 V或-10 V～+10V电压信号来触发报警信号，以保证超载时电梯称重装置发出报警，确保电梯的安全稳定运行。

本系统由压力传感器、放大器电路、A/D转换器、中央处理器、LED共5大部分组成［2］。如图1所示，电子秤系统由传感器、A/D转换和显示器、单片机等构成。由电阻应变片组成的传感器，将微弱的称重信号，经高精度的差分放大，A/D转换器将放大后称重模拟信号转换成数字量提供LED显示，电源分别给传感器、前级放大电路、单片机电路供电。

图1 电子称重系统系统原理

3 各电路模块设计方案

3.1 电源模块设计

在设计中，我们选用了一个简单的电源电路，该电源模块提供了±12 V、±5 V，也可以为其他电路系统供电，达到有效的利用。将220 V的交流电压通过整流桥，滤波，再通过MC7812、MC7912、MC7805、MC7905集成稳压管得到稳定的±12 V、±5 V的直流稳压电源。

3.2 放大模块设计

差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用运算OP07做成一个差动放大器。

3.3 称重传感器模块设计

称重传感器是电梯称重装置中的重要部件，本次电梯称重装置采用了电阻应变式传感器。其主要原因是因其制作简单、工艺成熟、准确度高。电阻应变式称重传感器用于静态、动态条件下质量或力的测量，在工业生产过程检测、控制、自动称量等领域已大量应用［3］。

传感器实际上是将物理信号（质量）转变为电信号（电压或电流）输出的装置。电阻应变式称重传感器正是基于这样一个原理:弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在其表面的电阻应变也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的组织将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号的过程。

3.4 A/D转换模块设计

A/D转换采用8位A/D转换器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，双列直插式。

3.5 单片机模块设计

AT89S51是ATMEL公司生产的一种高性价比单片机，内置8位CPU、128×8RAM、2K闪烁存储器、2个16位计数器/定位器、15个I/O口和5个中断源，且有全双工串行口通信和程序加密功能，构成了一个完整的单片机系统。对于简单的应用对象，用一片AT89S51即可满足，但对于复杂的应用对象，常常需要有一些其它功能，如A/D、数显等，必须对其进行功能扩展，以满足实际需要。因为AT89S51在设计时，对输出口进行了简化，形成了仅有20个引脚的芯片。由于引脚的限制，该单片机无专用的地址、数据和控制总线，且数量较少［4］。

4 系统软件设计

电子秤是利用称重传感器作为变换元件，把被称物体的重量按一定的比例关系转换成与其相应的电信号，用电子仪表进行测量和显示的装置［5］。由电阻应变片组成的传感器，将被测物理量压力转换成与其成正比的电参数电压。测量电桥把电阻的变化转变成电压或电流信号输出［6］。图2为转换程序流程图。

5 结论

称重装置作为电梯运行的基础检测元件，其稳定性以及准确性对电梯的启动舒适感起着非常重要的作用。随着科技的发展，越来越多先进的检测元件应用到电梯称重装置上来，现场调整时，不仅需要根据传感器本身固有的特性进行调整，以保证传感器输出数据的稳定性，同时也要定期对传感器的零点进行矫正，以确保电梯称重系统准确性，提高电梯启动舒适感。

图2 转换程序流程图

［1］电梯制造与安装安全规范GB7588-2003［S］.北京:中国标准出版社，2003.

［2］施汉谦，宋文敏.电子秤技术［M］.北京:中国计量出版社，1991.

［3］廉晓霞.电阻应变式称重传感器的原理及故障分析［J］.工业计量，2003，5:45-46.

［4］何立民.单片及应用文集［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1993.

［5］宋文续，扬帆.传感器与检测技术［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［6］常健生.检测与转换技术［M］.北京:机械工业出版社，2004.