基于单片机的供暖锅炉控制系统的设计.docx

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基于单片机的供暖锅炉控制系统的设计

摘要

本设计是基于单片机的水暖锅炉控制，在设计中主要有水位检测、温度检测、压力检测、按键控制、水温控制、水位控制、循环控制、压力控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现供暖控制。

它主要用水位传感器检测水位，用数字温度传感器DS18B20来检测水温，用五个控制按键来实现按健控制，用三位LED显示器来完成显示部分，用变频器来控制循环泵的转速，用压力传感器检测锅炉内部压力。

并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。

把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要打开鼓风机，是否需要开启补水泵，是否需要加快循环泵的转速等操作，从而实现单片机自动控制的目的。

本文用单片机控制易于实现锅炉供暖、而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便等优点。

关键词：

 单片机（AT89C51），传感器，水位,温度，循环,自动控制

BASEDSCMDESIGNOFHEATINGBOILERCONTROLLEDSYETEM

Abstract:

ThesystemicdesignbasescontrollerofSCMwaterheatingofaboiler,itmostlymakesupofmeasuringwaterlevel,measuringawatertemperature,controllin-gakeys-press,controllingawatertemperature,controllingwaterlevel,controllingci-rculate,controllingpressure,showingapart,givinganalarmordertorealizeheatingcontroller,thedesignadoptsSingle-ChipMicrocomputertocontrolboilerheating.ItmostlyusesatemperaturesensorDS18B20tomeasurewatertemperature,useswaterlevelsensortomeasurewaterlevel,usesatransducertocontrolcyclepump’srotatespeed,usesfivekeys-presstocontrolkey-press,usesthreelight-emittingdiodesdiap-laytofinishadisplayparts,usesatransducertocontrolrotatespeedofcyclepump,usesapresstransducertomeasurepressintheboiler.ItsendsthosesignalstoSCMthroughmodulus,andholdthosesignalstocomparewithenactmentintheSCMtoj-udgewhetherSCMneedtocarrythroughrelevantoperationnamely,whetheritneedstoopenafan,whetheritneedstoturnonawaterpump,whetheritneedstoquickenrotatespeedofacyclepumpandsoon.Consequently,itfinishesanaimofSCMau-to-controller.ThedesignmakesuseoftheSCMtocontrolaboilerthatiseasytorea-lizeboilerheating,itischeaptomanufacture,itiseasytodebugitsprocedure.Whenapartisintrouble,itdoesnotinfectothersanditisconveniencetomend,itiswidelytousemanyofareas.

Keywords:

Single-ChipMicrocomputer,transducer,waterlevel,watertemperature,Auto-control

1绪论

传统的控制方式不能进行远距离的集中控制，自动化程度低，调节精度差等缺点，并且单靠人工操作已不能适应社会发展的需要，控制系统改造的必要性随着科学技术的发展不断进步。

由于被控对象越来越复杂,人们对控制精度的要求不断提高以及被控对象和过程的非线性、时变性、多参数间的强耦合、随机干扰等因素,使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难。

使用单片机实现供暖锅炉温度控制，具有较高的实用价值和优越性等特点。

采用低功耗数字温度传感器进行温度测控，可大大简化设计方案，系统性能也更稳定；采用光电测控水位，可有效保证水位的自动控制，保证水质无污染，能更好地对锅炉进行自动化控制。

单片机不仅有体积小，安装方便，功能较齐全等优点，而且有很高的性价比，应用前景广，同时有助于发现可能存在的故障，通过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节，将保证锅炉正常供气供暖，维持稳定系统，保证安全经济运行。

2系统总体方案

2.1系统框图

本系统主要有水位检测、温度检测、按键控制、水温控制、水位控制、循环控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现供暖控制，系统框图如图1所示。

2.2系统具体实现方案

本系统采用单片机模块化来完成程序设计使程序易于编写、调试和修改；便于分工，从而可同时调试多个程序；程序可读性好；程序可进行局部修改，其他部分保持不变。

这里采用51系列单片机AT89C51控制锅炉供暖，系统采用手动和自动两种。

主要是单片机自动控制，设置有手动/自动切换。

包括温度控制、补水泵控制、循环泵控制、故障报警。

在温度控制部分，用数字温度传感器的值送入单片机与单片机内部设定值进行比较。

在当温度低于给定温度1时，蒸汽阀打开给水加热；当温度低于给定温度2时，系统报警。

在补水部分，用水位传感器来检测水位，当锅炉汽包水位低于规定的最低水位时系统发出报警，指示灯亮，继电器线圈得电，电磁阀打开，水泵开始注水；炉内的水位到达或超过规定的最高水位时系统发出报警，指示灯亮，线圈失电，电磁阀闭合，停止注水。

在循环控制部分当水温值在设定的范围内，则开启循环泵。

当循环泵1出现故障时，报警系统报警，单片机接收到信号，备用的循环泵2开始代替循环泵1工作。

在故障报警部分，当温度控制部分、补水泵部分、循环泵部分出现故障时，报警系统报警。

而且报警系统设置的是声光报警，使维修人员容易区分哪部分出现了问题，以便及时维修。

3系统硬件设计

本系统从经济性，电路结构，系统性能等多方面考虑。

选用如下元器件，数字温度传感器DS18B20，单片机AT89C51，数码管显示，变频器，光敏三极管3DU。

3.1单片机的配置

本系统选用ATMEL89C51系列单片机，由于它的模块化设计为适应具体的应用提供了极大的灵活性，便于扩展功能，有效的提高了系统的经济性。

AT89C51是一种低工耗、高性能的片内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存储编程器对程序存储器重复编程[1]。

AT89C51具有以下特点：

*与MCS-51微控制器产品系列兼容。

*片内有4KB可在线重复编程的快闪擦写存储器。

*32条可编程I/O线。

*程序存储器具有三级加密保护。

*可编程全双工串行通道。

*空闲状态维持低功耗和掉电状态保存存储内容。

*而且与87C51系列的引脚也完全兼容。

3.2温度传感器

本系统采用的是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器DS18B20，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测度数，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读数方式。

读出温度流程图如图2所示。

DS18B20的性能特点[2]：

*独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通信。

*多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点组网功能。

*无须外部器件。

*可通过数据线供电，电压范围为3.0-5.5V，零待机功耗。

*温度以9或12位数字量读出。

*用户还可定义的非易失性温度报警设置。

*报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件。

*负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因为发热而烧毁，但不能正常工作。

DSl8B20的引脚如图3所示。

此外DSl8B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。

信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线（和地线）。

DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。

因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上。

这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。

DSl8B20的测量范围从-55摄氏度到+125摄氏度，增量值为0.5摄氏度，可在ls（典型值）内把温度变换成数字。

每一个DSl8B20包括一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DSl8B20内部的ROM（只读存贮器）中。

开始8位是产品类型编（DSl8B20编码均为10H）。

接着的48位是每个器件唯一的序号。

最后8位是前面56位的CRC（循环冗余校验）码。

DSl8B20中还有用于存储测得的温度值的两个8位存贮器RAM，编号为0号和1号。

1号存贮器存放温度值的符号，如果温度为负（摄氏度），则1号存贮器8位全为1，否则全为0。

0号存贮器用于存放温度值的补码，LSB（最低位）的1表示0.5摄氏度。

将存贮器中的二进制数求补再转换成十进制数并除以2就得到被测温度值（-55摄氏度-125摄氏度）。

每只D518B20都可以设置成两种供电方式，即数据总线供电方式和外部供电方式。

采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长，采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。

3.3显示部分

在单片机系统中，通常用LED数码显示模块来显示各种数字或符号。

由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长的特点，因此使用非常广泛。

3.4变频器

在本系统中我们选用ABB公司的ACS600变频器。

ACS600变频器具有很宽的功率范围（2.2—3000kw）可以满足本设计的要求75kw和3kw，优良的速度控制和转矩控制，并具有完整的保护功能以及灵活的编程能力[3]。

其重要特性如下：

*无与伦比的电机速度及转矩控制，电机辨识运行及速度自我微调功能。

*内置PID控制器，降低了您的投资成本。

*工具软件对传动的全方位支持，ACS600SingleDrive能在几毫秒内测出电机的实际转速和状态，所以在任何状态下都能立即起动，无起动延时。

*零转速下，不需速度反馈就能提供电机满转矩。

*ACS600SingleDrive能够提供可控且平稳的最大起动转矩，可达到200%的额定转矩。

*不需特殊硬件的磁通制动模式可以提供最大的制动力矩。

*在磁通优化模式下，电机磁通自动适应于不同的负载以提高效率同时降低电机的噪