基于单片机的热水锅炉温度控制系统的设计.doc

基于单片机的热水锅炉温度控制系统设计 杜娟 （东北大学秦皇岛分校 自动化系 ） 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 ℃　　　T h - 10 ℃ 85- T h　 - 10 ℃≤T h≤15 ℃ T 下限= 75 ℃　　　T h - 10 ℃ 65- T h　 - 10 ℃≤T h≤15 ℃ 式中，T 上限为供水上限温度，T 下限为供水下限温度，T h 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- 6 V， + 6 V，R1，R 2，R3，R 4，W 1，W 2，W 3，IC1，IC2，D1，D2，D3，D4 构成环境温度、电压变换电路。其中，W 1，W 2，W 3用于电路调整。 调整方法是： 在环境温度为- 10 ℃时，调W 1，使U 01= 0V；在环境温度为15 ℃时，调W 2，使U 01= 5 V。W3，D3，D4 构成输出限幅电路，在最大输出时，调W 3，使U 01= 5 V。同样， 由- 6 V，+ 6 V ， 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= 0 V；当供水温度为95 ℃时，调W5，使U02= 5V。W6的调整与W3 相同。 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15 m in 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T 1 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； R 2： 存放由ADC0809 转换的水温；R 3：存放由R 1 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