基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计

基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计杜娟5080628（东北大学秦皇岛分校自动化系066004）摘要:介绍了80c51单片机构成的小型热水锅炉温度控制的最小系统，主要包括数学模型的建立、硬件电路的设计和软件程序的分析。关键词:单片机；温度控制系统；热水锅炉；温度检测0引言北方冬季分散取暖通常采用热水锅炉人工定时烧水供热的方法。这种方法耗煤量大，居室温度变化大，费人力。为解决这个问题，本文介绍一种用单片机控制热水锅炉供热的系统装置。1系统总体方案设计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。图1系统总体框图2供暖系统的控制策略对于供暖系统，环境温度反映了需热量，供水温度反映了供热量。供暖对系统的要求为:环境温度低时，供水温度高；环境温度高时，供水温度低。根据实践经验，建立供暖系统的控制数学模型如下：T上限=95℃Th-10℃85-Th-10℃≤Th≤15℃T下限=75℃Th-10℃65-Th-10℃≤Th≤15℃式中，T上限为供水上限温度，T下限为供水下限温度，Th为环境温度。上式说明，环境温度低于16℃时，每降低1℃，供水温度上、下限升高1℃；环境温度低于-10℃时，供水上限温度为95℃，下限温度为75℃。供水上限温度为停机温度，在开机状态下，当供水温度达到上限温度时系统即停机。供水下限温度为开机温度，在停机状态，当供水温度降至开机温度时系统即开机。当环境温度高于16℃时系统停机。供水温度始终在上限温度和下限温度之间变化。3硬件系统设计用80C51单片机构成的热水锅炉温度控制电路如图2所示.此电路采用MCS-51系列的80C51单片机控制.由于P0口是地址/数据复用线，当作地址线时，需要加一个地址锁存器74LS373锁存地址信号。ALE信号接入74LS373的锁存控制端(G端)。对环境温度和供水温度的检测,选用AD590半导体温度传感器做温度检测元件，分别由环境温度—电压变换电路和供水温度—电压变换电路来完成。由-6V，+6V，R1，R2，R3，R4，W1，W2，W3，IC1，IC2，D1，D2，D3，D4构成环境温度、电压变换电路。其中，W1，W2，W3用于电路调整。调整方法是：在环境温度为-10℃时，调W1，使U01=0V；在环境温度为15℃时，调W2，使U01=5V。W3，D3，D4构成输出限幅电路，在最大输出时，调W3，使U01=5V。同样，由-6V，+6V，R5，R6，R7，R8，W4，W5，W6，IC3，IC4，D5，D6，D7，D8构成供水温度电压变换电路。当供水温度为45℃时，调W4，使U02=0V；当供水温度为95℃时，调W5，使U02=5V。W6的调整与W3相同。2-1MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START62-58EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112-220GND132-7142-6152-8LSB172-4182-319IN228IN127IN026ALE22U1ADC0809D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U374LS373XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U480C31D11N400132184U2:AMC1458RV1POTR112kD21N4001R212kRV2POTR339kD31N4001R420kR510kD41N4001D51N4001D61N4001D71N4001D81N4001R620kR720k56784U2:BMC1458RV3POTRV4POTR812kR939kR1010k6v-6v6v-6v6v6v6v6v5vC122pC222pX1CRYSTAL123U5:A74S00456U5:B74S00C322pR1112k5v图2硬件电路硬件电路选用ADC0809对U01和U02实现A/D转换。IN0作U01的输入通道，IN1作U02的输入通道。通道选择线ADDA，ADDB接A0，A1；ADDC接地。ADC0809作为80C51单片机的外部数据存储器与单片机相接，端口地址为7FFCH，7FFDH。由RD及WR信号和端口地址P2.7进行控制转换。A/D转换结束信号EOC由T1检测。控制电机启停的信号由P1口送出，P1.0控制引风电机，P1.1控制排渣电机，P1.2控制炉排电机和鼓风电机。P1.0，P1.1，P1.2信号依次延时15min送出来启动电机运转。由P1口送出的信号经同相驱动器7407、光电耦合及9013的功放，使继电器J动作，完成对相应电机的控制。4程序分析及软件设计整个程序包括两个部分：主程序和内部中断服务程序。内中断由定时器T1溢出产生。程序中使用的各寄存器的作用如下：R0：暂存A的内容；R1：存放由ADC0809转换的环温；R2：存放由ADC0809转换的水温；R3：存放由R1内容查水温下限表得对应下限水温；R4：存放由R1内容查水温上限表得对应上限水温；R5：存放定时器T1初始常数的低8位；R6：存放定时器T1初始常数的高8位；R7：当(R7)=00H，置(P1.1)=“0”(启动排渣电机)；当(R7)=FFH，置(P1.2)=“0”(启动炉排电机和鼓风电机)，初始状态(R7)=00H。PSW.5是用户标志位，在此用作锅炉电机启、停状态标志。软件置“0”时，表示电机处于停转状态；置“1”时，表示电机处于运转状态，从而控制程序的流向；初始状态PSW.5置“0”。主程序流程图如图3所示。主程序启动后，进入初始化程序，在初始化中主要完成各控制寄存器控制字的确定和参数的传送等必要的初始准备工作。启动ADC0809采集环温，送R1保存，再次启动ADC0809采集水温，送R2保存。首先判断环温是否高于16℃，即是否(R1)=FFH，由此决定是否停机。若(R1)≠FFH，由PSW.5决定程序的流向.如(PSW.5)=“0”，由R1内容查水温下限表，结果送R3保存。当R3R2时,继续采集水温和环温；当R3≥R2时，PSW1.0置“0”(启动引风电机)，启动定时器T1，PSW.5置“1”。如(PSW.5)=“1”，由R1内容查水温上限表，送R4保存。当R4R2时，继续采集水温和环温；当R4≤R2时，P1口置“0FH”(电机停止运转)，PSW.5置“0”.内部中断程序流程如图4所示。当定时器T1定时时间(15min)到，进入中断服务程序。程序首先判断是否(R7)=“00H”。当(R7)=“00H”时(启动排渣电机)，给T1送定时初始值，启动定时器T1，置(R7)=“FFH”；当(R7)=“FFH”时，PSW.5置“0”(启动炉排电机和鼓风电机)，给T1送定时初始值，置(R7)=“00H”，返回主程序。5结束语本系统硬件电路简单，软件程序易于实现。它可用于一台或多台小型取暖热水锅炉的温度控制，可使居室温度基本恒定、节煤、节电、省人力。参考文献[1]李华.MCS51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社,1993.[2]蔡美琴.MCS51系列单片机系统及其应用[M].北京:高等教育出版社,1992.[3]李光飞,楼然苗.单片机课程设计实例指导[M].北京航空航天大学出版社,2004[4]吴春旺,陈霞.锅炉汽包水位调节控制系统设计[J].电工技术,2006.3[5]柯立民.单片机中级教程.北京航空航天大学出版社,2002.8[6]李爱民,杨顺普.电热锅路温度控制器的设计.[7]程素娥,基于单片机的家用燃气锅炉控制系统研究,潍坊教育学院学报,2009，22（3）：67-68.[8]王丽娟,单片机在锅炉温度控制系统中的应用,微计算机信息,2007,23（1）：122-124.[9]王瑞兰,基于单片机控制的电锅炉温度控制系统的设计,潍坊教育学院学报,2008,8（6）：28-31.图3主程序流程图图4内中断程序流程图