李 海，林少茵

（中山職業(yè)技術(shù)學院，廣東中山 528404）

工業(yè)生產(chǎn)和日常生活都離不開稱重計量。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，人們對稱重的精度要求不斷提高，特別是在包裝、食品、化工、醫(yī)藥、科研等行業(yè)中，都要求有較高的稱重精度。隨著傳感器，單片機等技術(shù)的發(fā)展，電子秤可以完成在運動中實時稱重、顯示、記錄及設(shè)定信號。并且和單片機一同實現(xiàn)在線控制和測量，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序，對測重過程進行實時監(jiān)控。除此以外，還可以對采集到的那個數(shù)據(jù)進行計算，并對測量結(jié)果進行各種參數(shù)分析和修正，自動求得和顯示諸如重量、皮重、凈重、毛重、單價等。

電梯稱重檢測裝置作為電梯設(shè)備的基礎(chǔ)元件，影響著電梯的安全和運行。它根據(jù)轎廂重量的變化輸出電壓信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號至電梯控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再控制變頻器輸出相應(yīng)的力矩以控制電梯安全、平穩(wěn)啟動。為了解決電梯系統(tǒng)中的重量控制問題，本文利用AT89S51單片機設(shè)計了電子稱重系統(tǒng)。

1 電梯稱重裝置

電梯的稱重裝置包括機械和電氣兩部分，機械部分主要是用于檢測轎廂因重量變化而產(chǎn)生的垂直方向位移量稱重載體［1］。當轎廂的重量超過了額定設(shè)置的重量后，機械開關(guān)動作，電梯發(fā)出警報，電梯不能正常啟動，保證電梯的安全。電氣部分主要是通過安裝在稱重載體上的檢測元件，將轎廂重量的變化以電壓值形式輸出，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給電梯控制系統(tǒng)進行處理，系統(tǒng)根據(jù)接收到的信號控制變頻器輸出力矩，以確保電梯可以安全、平穩(wěn)地運行。

基于單片機的電梯稱重裝置在電梯運行過程中發(fā)揮著重要作用。此次設(shè)計的電梯稱重裝置是一款滿足普通電梯稱重要求的電梯稱重控制儀器。稱重控制儀的稱重傳感器部分采用橋式應(yīng)變片傳感器，可應(yīng)用于平穩(wěn)安裝技術(shù)。確保電梯的長期穩(wěn)定運行;稱重傳感器提供多種安裝方式，可以安裝于活轎底電梯的轎廂轎底、電梯轎頂橫梁上面等，與控制儀配合使用。

2 電梯稱重裝置的總體設(shè)計

電梯稱重裝置由兩部分組成，包括稱重傳感器和轉(zhuǎn)換顯示。稱重傳感器將重量信號轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)傳輸線送給單片機，由單片機進行轉(zhuǎn)換運算處理和顯示數(shù)據(jù)，完成電梯稱重。當電梯轎廂內(nèi)重量變化時，電梯稱重裝置根據(jù)要求可以輸出0～10 mA電流信號或0～10 V或-10 V～+10V電壓信號來觸發(fā)報警信號，以保證超載時電梯稱重裝置發(fā)出報警，確保電梯的安全穩(wěn)定運行。

本系統(tǒng)由壓力傳感器、放大器電路、A/D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、LED共5大部分組成［2］。如圖1所示，電子秤系統(tǒng)由傳感器、A/D轉(zhuǎn)換和顯示器、單片機等構(gòu)成。由電阻應(yīng)變片組成的傳感器，將微弱的稱重信號，經(jīng)高精度的差分放大，A/D轉(zhuǎn)換器將放大后稱重模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量提供LED顯示，電源分別給傳感器、前級放大電路、單片機電路供電。

圖1 電子稱重系統(tǒng)系統(tǒng)原理

3 各電路模塊設(shè)計方案

3.1 電源模塊設(shè)計

在設(shè)計中，我們選用了一個簡單的電源電路，該電源模塊提供了±12 V、±5 V，也可以為其他電路系統(tǒng)供電，達到有效的利用。將220 V的交流電壓通過整流橋，濾波，再通過MC7812、MC7912、MC7805、MC7905集成穩(wěn)壓管得到穩(wěn)定的±12 V、±5 V的直流穩(wěn)壓電源。

3.2 放大模塊設(shè)計

差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用運算OP07做成一個差動放大器。

3.3 稱重傳感器模塊設(shè)計

稱重傳感器是電梯稱重裝置中的重要部件，本次電梯稱重裝置采用了電阻應(yīng)變式傳感器。其主要原因是因其制作簡單、工藝成熟、準確度高。電阻應(yīng)變式稱重傳感器用于靜態(tài)、動態(tài)條件下質(zhì)量或力的測量，在工業(yè)生產(chǎn)過程檢測、控制、自動稱量等領(lǐng)域已大量應(yīng)用［3］。

傳感器實際上是將物理信號（質(zhì)量）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺妷夯螂娏鳎┹敵龅难b置。電阻應(yīng)變式稱重傳感器正是基于這樣一個原理:彈性體在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在其表面的電阻應(yīng)變也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的組織將發(fā)生變化，再經(jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而完成了將外力變換為電信號的過程。

3.4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計

A/D轉(zhuǎn)換采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，雙列直插式。

3.5 單片機模塊設(shè)計

AT89S51是ATMEL公司生產(chǎn)的一種高性價比單片機，內(nèi)置8位CPU、128×8RAM、2K閃爍存儲器、2個16位計數(shù)器/定位器、15個I/O口和5個中斷源，且有全雙工串行口通信和程序加密功能，構(gòu)成了一個完整的單片機系統(tǒng)。對于簡單的應(yīng)用對象，用一片AT89S51即可滿足，但對于復(fù)雜的應(yīng)用對象，常常需要有一些其它功能，如A/D、數(shù)顯等，必須對其進行功能擴展，以滿足實際需要。因為AT89S51在設(shè)計時，對輸出口進行了簡化，形成了僅有20個引腳的芯片。由于引腳的限制，該單片機無專用的地址、數(shù)據(jù)和控制總線，且數(shù)量較少［4］。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

電子秤是利用稱重傳感器作為變換元件，把被稱物體的重量按一定的比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成與其相應(yīng)的電信號，用電子儀表進行測量和顯示的裝置［5］。由電阻應(yīng)變片組成的傳感器，將被測物理量壓力轉(zhuǎn)換成與其成正比的電參數(shù)電壓。測量電橋把電阻的變化轉(zhuǎn)變成電壓或電流信號輸出［6］。圖2為轉(zhuǎn)換程序流程圖。

5 結(jié)論

稱重裝置作為電梯運行的基礎(chǔ)檢測元件，其穩(wěn)定性以及準確性對電梯的啟動舒適感起著非常重要的作用。隨著科技的發(fā)展，越來越多先進的檢測元件應(yīng)用到電梯稱重裝置上來，現(xiàn)場調(diào)整時，不僅需要根據(jù)傳感器本身固有的特性進行調(diào)整，以保證傳感器輸出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，同時也要定期對傳感器的零點進行矯正，以確保電梯稱重系統(tǒng)準確性，提高電梯啟動舒適感。

圖2 轉(zhuǎn)換程序流程圖

［1］電梯制造與安裝安全規(guī)范GB7588-2003［S］.北京:中國標準出版社，2003.

［2］施漢謙，宋文敏.電子秤技術(shù)［M］.北京:中國計量出版社，1991.

［3］廉曉霞.電阻應(yīng)變式稱重傳感器的原理及故障分析［J］.工業(yè)計量，2003，5:45-46.

［4］何立民.單片及應(yīng)用文集［M］.北京:北京航空航天大學出版社，1993.

［5］宋文續(xù)，揚帆.傳感器與檢測技術(shù)［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［6］常健生.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.