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本设计将结合小型家用燃气锅炉实际的需要，利用MCS-51系列单片机为核心器件组成温度控制系统，采用温度采集技术，通过运行和分析研究，以期正确认识和全面理解利用单片机实现温度采集技术在过程控制中的应用。
1.2 系统的总体设计思想
目前，世界计算机市场上出现了专门用于工业控制的单片机系列产品，单片机以其体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、功能强的特点，在工业控制的实践中得到越来越广泛的应用单片机不仅可以实现各种常规的控制，还可以根据被控对象的特性，充分利用控制理论的最新研究成果，采用更完善的控制方式，以获得更好的控制效果。目前，由于家用锅炉属于批量生产，而且每台锅炉需要一套完整的控制系统，针对这些特点，尤其从产品成本角度出发，以MCS-51为核心器件组成的控制系统是比较理想的选择。此外，MCS-51系列单片机运算能力、完备的控制功能、加上完善的外部接口电路，对中小型锅炉控制系统完全可以胜任。在外围芯片选取时，尽量选取典型的、易于扩展和替换的芯片和电路，并本着节约成本的思想。选用基于单总线的数字温度传感器DS18B20和LCD液晶显示器。DS18B20温度传感器采用美国DALLAS公司生产的DS18B20可组网数字温度传感器芯片封装而成，具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域；LCD液晶显示器为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。它们二者与单片机的接口比较简单，而且编程强度不大，既保证了系统的稳定性，又缩短了系统的开发周期，节约了开发成本。
系统在软件上采取模块化的程序结构。主程序作为控制程序，为整个系统软件的一条主线，其它功能模块均采用子程序调用、查询等方式，为调试和扩充提供了方便。
本系统的电源采用市场上常见的W7800(7800)系列7805电源稳压芯片，模拟信号和数字信号分别用单独的供电回路，以避免电源干扰。利用温度传感器DS18B20采集测量锅炉水温；使用LCD液晶显示器显示水位的上下限值、预先设定的温度报警值和当前采集的温度值。利用继电器控制燃烧器和给水泵的加热和给水。当锅炉内的水的实际水温超过报警温度值，系统会发出报警声音，这时接在单片机一端的继电器动作，燃烧器断电。此时温度传感器实时对锅炉温度检测，当温度降到设定值的下限时，继
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电器重新通电。燃烧器电源重新接通，锅炉继续加热。如此反复监控温度。这样对锅炉温度控制不仅可以节约能源，提高能源的使用率。此外，为符合实际本系统对锅炉的水位进行实时监控，防止锅炉干烧和锅炉水溢出，以免造成能源浪费和水溢出引起的锅炉爆炸严重后果。
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2 系统方案论证及工作原理
2.1 设计方案论证
方案一：采用AT89S51单片机、7805电源稳压芯片、热敏电阻、74HC138和16*16点阵显示器，液位控制器等核心部件。该方案中单片机控制16*16点阵显示器这部分程序比较复杂，编程的强度较大，容易出错。另外，在硬件电路上，74HC138、16*16点阵显示器与单片机接口复杂，而且它们的外围电路较多，不适合用在锅炉的嵌入式系统设计中。采用液位继电器可以简单控制锅炉液位，但增加了成本开销。
方案二：采用AT89S51单片机、7805电源稳压芯片、温度传感器DS18B20和液晶显示器LCD1602等核心部件。该方案采用液晶显示器来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，直观、接口简单而且编程强度不大。用不锈钢管制作成的装置放于水位上下限，简单。这样就可以缩短系统的开发周期，减少系统成本开销。
综上分析，采用第二种方案。本系统主控单片机的全部程序都是用汇编语言来编写，采用KeiluVision3集成开发环境来开发单片机应用程序。
2.2 系统结构框图
锅炉温度控制系统的主控部分由单片机构成。通过按键电路进行温度报警值的设定，并对锅炉的水温进行采集及处理，然后与报警值比较，当温度值大于温度上限值(报警值)时就报警，停止加热。当温度少于温度下限值时，重新启动进行加热处理。以此重复对锅炉温度控制。同时为结合实际需要，本系统亦对锅炉水位进行控制。液晶显示，显示水位上限值，水位下限值以及温度报警值和实际温度值。图2.1所示是其系统结构框图。
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报警 按键设定 AT89C51 液晶显示 稳压电源 复位 温度采集 给水泵 继电器
图2.1 系统结构框图
燃烧器
在工业生产中，锅炉是一种重要的动力系统。其中锅炉的温度过程控制，又是一个重要环节。本系统过程控制系统主要应用于燃气锅炉的水温控制系统。在燃气锅炉里面，天然气液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热对象。温度传感器的输出信号经调理电路处理后作为单片机系统的输入信号。本系统要采样的是锅炉的水温和锅炉的水位控制信号。
温度控制系统的控制信号通过继电器控制燃烧器内进出气，由三个进气阀实现控制。燃烧器的作用是:继电器接通燃烧器电源后，燃烧器通过其内部的光电检测管检测锅炉内有无火光，若有火光则表示点火成功，不需启动点火变压器，否则启动点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气，这时光电管检测到火焰，关闭点火变压器，
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系统点火成功。该中小型燃气锅炉所需要温度的热水是根据用户需要调节的。控制系统根据温度传感器检测到的温度与温度设定值比较，给出控制信号.若实际温度大于报警值时，单片机实行对继电器的电源关断，这时燃烧器断电，锅炉不进行加热处理。温度传感器一直检测锅炉内部的水温。当温度传感器检测的温度小于用户设定值的时候，单片机根据温度的比较信号，重新对继电器进行通电，锅炉重新加热。
本系统燃烧控制系统（又称为燃烧调节系统）采用有差调节系统。有差调节时系统调节过程中被调参数值在设定的参数范围内变动。在供热锅炉中常采用有差调节就能达到要求，所以系统采用有差调节系统并采用双位控制。如图2.2所示。
双位控制 位式控制 有差调节系统 燃烧控制（调节）系统 三位控制 比例控制 比例积分调节(PI) 无差调节系统 比例积分微分调节（PID）
图2.2 燃烧控制（调节）系统
2.2.1主要器件的选择
1.选用Atmel公司单片机AT89S51。
2.选用Dallas半导体公司温度传感器DS18B20 3.液晶显示器LCD1602 2.2.2 锅炉辅助器件选择 1.奥林燃烧器
型号:GP-300T
功率(kg):700-4000