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1 引言
1.1 课题背景及研究意义
锅炉是一种热能转换设备，由锅和炉两大主体组成主要保证其安全经济持续续运行的附件，仪表附属设备，自控和保护系统组成，水在锅筒中不断被炉里的燃料燃烧所释放出的能量加热，使其温度升高并产生带压蒸汽。由于压力随着温度的升高而增加，水的沸点也随之升高，然而锅是密封的，这样就使得水蒸气在锅筒里面的膨胀受到限随之产生压力进一步形成热动力（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）作为一种能源普遍使用。锅炉，广泛用于生产和生活之中。就以中小型锅炉为例，中小型锅炉作为供暖设备用于提供热水和取暖，并在取暖方面得到了普遍应用。从对能源的利用方面来讲，集中供暖一次性投资相对过大，运行费用过高，无论是否需要，暖气始终全天供热，因楼层不同，而造成供暖的温度无法均匀。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，降低了能源使用率；若遇到供暖不够，不能满足居民的供暖热度，使用户不能得到完美的供暖服务。 这种供暖方式从原理上而言，效率较低。而且集中供暖的锅炉大多数是燃媒锅炉，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，给个别用户带来很多不便。所以对锅炉温度控制系统方面的研究非常的有价值。
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、供暖到位、污染小等特点，受到广大用户的欢迎。尤其在国外，燃气锅炉目前已得到了广泛应用。其中套管式燃气锅炉、板换式燃气锅炉、冷凝式燃气锅炉是比较常见的几种燃气锅炉。随着科技的发展，和各方面的客观条件的满足。生活中采暖，用燃气锅炉的应用也必将成为必然趋势，也有非常好的发展前景和市场。而且随着燃料不断补给，燃料充足，城市输送燃气管网十分完善，燃气使用率也会非常高。这样就会使广大采暖用户放弃集中供热的方式，采用分散采暖的方式，让每个采暖用户都得到很好的供暖保障。而燃气锅炉。作为分散供暖的一个非常好的取暖方式，它必将被越来越多的需求者关注并使用，成为广大用户青睐的采暖方式。
目前市场上家用燃气锅炉大多来源于进口，价格高，售后服务并不完善，这对燃气锅炉的推广使用造成了诸多不便。因此，制开发小型家用燃气锅炉，非常有意义，以满足广大的市场需求。
本设计，将结合上述中小型燃气锅炉在实际取暖中的需要，利用以MCS-51为单片机核心的器件，组成锅炉温度控制系统。并采用温度采集技术，通过对整
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个系统的运行和研究分析，达到对利用单片机实现温度采集技术在过程中的应用的全面认识和理解。
1.2 系统的总体设计思想
目前，市场上出现了专门以单片机作为工业控制的系列产品。单片机凭借其体积小、重量轻、功耗低、价格便宜、功能强等特点，在工业控制的实践中，单片机的使用也越来越广泛，单片机不仅可以实现各种常规的应用控制，还能根据所需求的对象的特性进行控制。对被控对象采用更完善的控制方式，达到更完善的控制效果。目前，对于家用取暖锅炉而言，每一套都需要一套独立完整的控制系统，而且批量生产的话，所需的控制系统的量会非常的大，对于这些特点，从生产的成本和消费水平出发，以MCS-51为核心的控制系统是非常理想的选择，并且能充分利用该核心器件的种种特点，可谓非常适合现实的需求。比如：MCS-51系列的单片机的运算能力、完备的控制功能、加上完善的外部借口电路等都会对锅炉控制系统带来非常理想的效果。就外围芯片而言，尽量选取典型的、有利于扩展和替换的芯片和电路，为了尽量降低和节约生产成本，选用基于单总线的数字温度传感器DS18B20和LCD液晶显示器。DS18B20温度传感器具有耐磨耐碰、体积小、使用方便、封装形式多样等特点，适用于很多狭小空间的数字测温和控制。LCD液晶显示器本身作为一种超薄显示设备，显示器功耗很低，适用于使用各种电池的电子设备，非常方便。他们两者和单片机的家口比较容易，而且编程的强度不大，既缩短了系统的开发周期，又保证了系统的稳定运行，而却节省了开发成本。
该系统在软件上采用模块化的程序结构。控制程序为主程序，为整个系统软件的主线，其他功能模块采用子程序调用、查询等方式为调试和扩充提供方便。
该设计是采用单回路控制系统对锅炉的过热蒸汽温度进行控制，将AT89S51单片机作为核心，并包括温度的采集、显示、控制输出、执行机构和通信等模块组成。被控对象的关键在于对温度的测量和控制两个方面，测量温度是控制温度的基础，测温方面的技术相对成熟。但是由于被控对象越来越复杂，在控制温度方面存在很多问题。本论文采用PID算法对锅炉温度控制徐彤的设计，并利用仿真软件Matlabd对控制算法进行了仿真，最终实现对锅炉的温度控制系统的控制和实现。
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2 系统方案论证及工作原理
2.1 设计方案论证
该设计采用AT89S51单片机、7805电源稳压芯片、温度传感器DS18B20、液晶显示器LCD1602等核心软件。采用LCD液晶显示器来显示水位的上下限、当前水位、预先设定的温度警报值、当前采集的温度值，直观、缄口简单、变成强度不大、简单。这样就可以缩短系统的开发周期，减少系统的成本开销。另外在温度测量范围、精度、响应时间、稳定性方面DS18B20都要比热敏电阻好。境来开发本系统主控单片机的全部程序都是用汇编语言来编写的，采用Keilu集成开发环单片机的应用程序。
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。通过对案件电路进行温度报警值的设定之外，还采集温度和处理温度。然后和设定的警报值比较，如果测量值大雨上限值时就报警，加热停止。当测量值小于下限值时，重新启动加热装置，进行加热处理。以此反复处理便能达到对锅炉温度的控制。同时结合实际需求，本系统也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、温度报警值和实际温度值。图2.1为系统结构框图。
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报警 按键设定 液晶显示 稳压电源 AT89S51 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，锅炉是一种非常重要的动力系统。其中对锅炉温度的控制，是一个非常重要的环节。本系统的过程控制系统，主要用于燃气锅炉的水温控制系统。在燃气锅炉里，天然气、液化石油气作为燃料，锅炉中的水作为加热的对象，温度传感器传出的信号经过设定的电路的处理后，作为单片机系统的输入信号。本系统将对锅炉的水温和水位控制信号进行采样。
该系统的控制信号，通过继电器控制燃烧器内进出气，由三个进气阀实现对进出气的控制。燃烧器的作用：继电器接通燃烧器电源，之后燃烧器通过对其内部的光电检测管进行检测。如果有火光则便是点火成功，不需要气功点火变压器；如果没有火光，则启动点火变压器进行点火，同时电磁阀打开进气，这是电光管检测到有火焰，测关闭点火变压器，系统点火成功。该燃气锅炉根据用户的需要调节所需温度的热水，控制系统将温度传感器检测到的检测温度和温度的设定值进行比较，给出控制信号。如果检测温度大雨警报值时，单片机实行对继电器的
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电源关断处理，这是燃烧器断电，锅炉则不进行加热。温度传感器一直检测锅炉内部的水温；如果温度传感器检测的温度小于设定值时，单片机根据检测温度的比较信号，重新对继电器进行通电处理，锅炉则会重新加热。
本系统的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，被调参数值的设定在参数范围内变动。在供热锅炉中，常采用的有差调节就能达到需求，所以该系统将采用有差调节，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 无差调节系统 比例控制 比例积分调节(PI) 三位控制 比例积分微分调节（PID） 图2.2 燃烧调节系统
2.2.1主要器件的选择
1.选用Atmel公司的片机AT89S51。
2.选用Dallas半导体公司的度传感器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 火焰探 测器型号:QRA-2 伺服马达型号:SQM
气阀密封检漏器型号:VDK200/VPS504/DK2F 燃烧器控制:外置。
重量（kg）：320
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