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基于单片机的锅炉温度控制系统的设计
摘 要
在对当前采暖需求情况广泛调查的基础上，结合工程实际需要，针对小型家用燃气锅炉的特点，研制开发了基于MCS-51单片机的小型家用燃气锅炉温度控制系统，旨在使用燃煤锅炉集中采暖时所遇到的锅炉温度不易控制，改进家庭采暖的控制方式，提高采暖的经济性。利用 Protel99se电路设计软件，对智能控制器的电源电路、复位电路、时钟电路、报警电路、LCD液晶显示电路以及控制器的核心—温度采集电路进行了设计。电源采用三端集成稳压器W7800 (W7900)系列元件7805,交流220 v电压转换为单片机所需要的5V电压；利用AT89S51作为控制器的核心器件；利用集成电路温度传感器DS18B20测量锅炉水温;将测量的水温与设定值比较，单片机另外使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、当前水位、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。当温度超过设定的报警温度值，系统会发出报警声音，同时关闭锅炉燃烧器。等待温度降到下限值，这时就可以重新锅炉燃烧器通电，继续加温，如此反复监控温度。这样就可以节约能源，提高能源的使用率。针对系统的要求和特点，在上述硬件电路及实现方法的基础上，利用汇编语言，设计了基于单片机的锅炉温度控制系统。控制软件主要包括温度和温度采集子程序、水位控制程序、键盘扫描子程序和LCD液晶显示子程序等。通过对温度和水位的测试，可以发现所设计的控制系统能够满足设计要求，达到了预期的效果。
关键词：单片机；LCD；燃气锅炉；温度控制；DS18B20
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Microcontroller-based design of the boiler
temperature control system
ABSTRACT
According to the market demand and the characteristics of domestic heating, this paper develops MCU intelligence controller for the minor gas-fired boiler which is domestic heating equipment on the basis of investigation of heating demand widely. The research purpose is to change the inconvenience of temperature control bring by using coal fired boiler for centralized heating, to increase economics of heating.The software called Protel99se for circuit designed is used to develop the hardware of the controller. The hardware includes the power supply circuit, the reset circuit,the clock circuit, the alarm circuit, the LCD display circuit, and the temperature collection which is the core of this controller. The three-pin integrated-circuit voltage regulator W7800 (7900) series component 7805 is used for the power supply. The Atmel AT89S51 chip is the core chip of the controller. The integrated temperature sensor DS18B20 is used to measure water temperature in boiler. The key circuit is used to set the alerm temperature and analog water in or out. In addition, LCD is used to display water level bound, current water level, temperature alerm value by presupposition and current temperature. When water level beyond its bound or when current temperature beyond its alerm value, the system gives an alerm and makes boiler burner off. When water temperature is down, the system releases alerm and makes boiler burener on. The system does it again and again.So the system can save energy and improve energy utilization rate. Aim at the demand and characteristic of the system, on the basis of these hardware and implement method, using assemble language, system designs boiler temperature control system design based on singlechip. This software includes temperature and water level monitor main program, temperature collection subprogram, analoy water in and out subprogram, keyboard scan subprogram, LCD display subprogram etc. Use practicality to validate system’s dependability and stability, and the system can operate successfully.
Keywords:MCU; Liquid Crystal Display; Gas boiler; Temperature control;DS18B20
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目录
1 绪论 ................................................................ 1
1.1 1.2
课题背景及研究意义 .............................................. 1 系统的总体设计思想 .............................................. 2
2 系统方案论证及工作原理 ........................................... 4
2.1 设计方案论证 ...................................................... 4 2.2 系统结构框图 ...................................................... 4 2.2.1主要器件的选择 ................................................... 6 2.2.2 锅炉辅助器件选择 ................................................. 6
3 硬件电路设计 ....................................................... 8
3.1 主电路 ............................................................ 8 3.2 单片机选择设计 .................................................... 9 3.3 单片机最小系统 ................................................... 11 3.3.1时钟电路设计 ................................................. 11 3.3.2 复位电路 ..................................................... 12 3.4温度检测电路设计及温度传感器选择 .................................. 12 3.4.1 DS18B20简介 ................................................. 12 3.4.2温度采集电路 ................................................. 14 3.5 温度控制电路设计 ................................................. 14 3.6 水位控制电路 ..................................................... 15 3.6 显示电路设计 ..................................................... 17 3.7 报警电路设计 ..................................................... 21 3.8 稳压电源电路设计 ................................................. 22 3.9按键电路设计 ...................................................... 22
4 系统软件设计 ...................................................... 24
4.1主流程图设计 ...................................................... 24 4.2中断程序程序 ...................................................... 25 4.3 DS18B20温度采集子程序设计 ....................................... 25 4.4 LCD液晶显示子程序设计 ........................................... 27
总 结 ................................................................ 28 致 谢 ................................................................ 29 参考文献 ............................................................. 30 附 录 ................................................................ 31
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附件A:总程序 ........................................................ 31
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1 绪论
1.1 课题背景及研究意义
锅炉是一种热能转换设备，由锅和炉两大主体和保证其安全经济连续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统组成，水在锅（锅筒）中不断被炉里燃料燃烧释放出来的能量加热，温度升高并产生带压蒸汽，由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力（严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的）作为一种能源广泛使用。锅炉广泛用于生产和生活之中。中小型锅炉作为供暖设备用于提供热水，取暖方面得到了广泛应用。目前，取暖多采用集中供暖方式。集中供暖，一般都是按一个采暖季每平方（建筑面积）来收费的，对北方地区来说，天气比较冷，需要供暖时间长，应该集中供暖省钱。指集中集团式供暖的一种形式。从能源利用方面讲，集中供暖一次性投资大，运行费用高，无论是否需要，暖气始终全天供热，因楼层不同而造成温度不均，若遇到供暖偏热，居民只有开窗降温，使宝贵的能源白白浪费。 这种供暖方式从原理上而言，效率较高。集中供暖的锅炉大多数是燃媒锅炉，锅炉燃烧时污染大，已经带来了严重的环境污染问题。由于这些用户采用集中取暖，给个别用户带来不便的缺陷。
基于这种情况，近年来采用以天然气，液化石油气为燃料的中小型燃气锅炉具有高效、环境污染小，发热量大甚至无污染等特点，受到普遍欢迎。尤其在国外，燃气锅炉目前已得到了普遍应用。家用燃气锅炉常见的是套管式燃气锅炉、板换式燃气锅炉、冷凝式燃气锅炉。随着科技的发展以及各种客观条件的具备，生活采暖用燃气锅炉的应用也必将得到进一步的发展与推广。随着燃料不断补给，燃料充足，城市燃气管网逐步完善，燃气使用率逐步会提高。市场经济的发展与开放，国有企业享受国家能源补贴的取消，住房逐渐私有化，供热管网费、采暖费全部由个人支付。会有越来越多的人放弃集中供热方式而采用分散采暖方式。而小型家用燃气锅炉的使用作为集中供暖的一个很好补充或替代它必将被越来越多的人关注和选用成为趋势。
目前市场上家用燃气锅炉为进口，价格高，售后服务不够完善，不利于燃气锅炉的推广使用，研制燃气锅炉的公司亦相对较少。因此研制开发小型家用燃气锅炉就具有现实的意义与客观的市场价值。