基于单片机的供暖锅炉控制系统设计

系统设计方案图
故障 报警
压力 温度 水位 按键 显示 单 片 机 变 频 器 组
锅炉
பைடு நூலகம்泄压阀 循环泵
风机
补水泵
循环泵、风机控制电路
利用单片机总线技术， 单片机P2.7口作为总线口， 挂接两个DS18B20。它们分 别检测锅炉出水口处温度和 供暖环境温度，经单片机内 部运算从P3.6和P20.3口输 出开关信号给KM1、KM2继 电器控制相应变频器动作来 控制循环泵运行状况，同理 风机运行状况受KM7、KM8 控制。风机、循环泵受变频 器控制方式将在后面介绍。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
P1.0 VCC P1.1 P0.0 P1.2 P0.1 P1.3 AT89S51 P0.2 P1.4 P0.3 P1.5/MOSI P0.4 P1.6/MISO P0.5 P1.7/SCK P0.6 REST P0.7 P3.0/RXD EA/VPP P3.1/TXD ALE/PROG P3.2/INT0 PSEN P3.3/INT1 P2.7 P3.4/T0 P2.6 P3.5/T1 P2.5 P3.6/WR P2.4 P3.7/RD P2.3 XTAL2 P2.2 XTAL1 P2.1 GND P2.0
结论
本系统利用单片机实现了水暖锅炉的自动控制，电气
控制中引入变频器，达到了节能的目的。通过自动调 节控制温度并实现锅炉内温度和水位的自动控制。保 护温度控制在设定值上正常运行不需要人工干预，操 作人员劳动强度小。采用数字温度传感器、光敏三极 管、压力传感器使硬件系统大为简化。系统精度高， 具有良好的人机交互功能。并设有超温、超水位、循 环泵失灵等故障报警，有问题立即就能发现，保证了 系统安全、经济、稳定运行。
R5
R6
R7
R8
R9
R1 0 KM4 KM5 KM6
Q1
Q2
Q3 Q8 9 01 5 Q9 9 01 5 Q1 0 9 01 5
D8
D9
D1 0
GND
炉膛压力控制电路
设计中将ADC0808 作为一个外部扩展的并行 I/O口，直接由单片机的 P2.0和P2.1、P2.2脉冲 7 启动其A/D转换，PT125 EOC 输出的模拟信号送入IN.0 Q9 9015 DC24V 端。而其他输入口端均无 PT125 GND 效，所以将ADDA-B-C端 GND 均置零。收发数据则由中 断处理程序来完成，所以 如果压力值超出预设值时，单片机P3.6输出信 除将EOC状态端的状态 号控制继电器KM8从而控制泄压阀动作，保证 信号送至外部中断口1端 锅炉正常安全运行。 以共向CPU提出中断请求。
河南科技学院 2009届本科毕业论文（设计） 基于单片机的供暖锅炉控制系统设计 学生姓名：王 少 华 所学专业：应用电子技术教育 导师姓名：刘 法 治 完成时间：2009.5.25
选题的目的意义
随着社会经济的飞速发展，人们生活水平的不断 提高，对城市生活供暖的数量和质量提出的要求越来 越高。由于传统的控制方式调节精度差，自动化程度 低，系统稳定性差，锅炉运行耗能大，并且存在安全 隐患等缺点，对现代锅炉运行方式有待于长足改进。 本系统以单片机模块为核心，通过实时采集环境温 度、锅炉出水温度、炉膛压力等信号，通过单片机内 部程序运算，实现对中小型锅炉运行的自动控制。通 过微机实现燃烧与给水系统的自动控制与调节，将保 证锅炉正常供气供暖，维持稳定系统，保证安全经济 运行，具有较高的实用价值和优越性。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P1.0 VCC P1.1 P0.0 P1.2 P0.1 P1.3 AT89S51 P0.2 P1.4 P0.3 P1.5/MOSI P0.4 P1.6/MISO P0.5 P1.7/SCK P0.6 REST P0.7 P3.0/RXD EA/VPP P3.1/TXD ALE/PROG P3.2/INT0 PSEN P3.3/INT1 P2.7 P3.4/T0 P2.6 P3.5/T1 P2.5 P3.6/WR P2.4 P3.7/RD P2.3 XTAL2 P2.2 XTAL1 P2.1 GND P2.0 40 VCC 39 38 DS18B20 DS18B20 37 36 35 34 33 32 31 30 R14 29 28 27 26 25 24 23 KM1 KM3 KM7 KM8 KM2 22 Q8 Q9 Q10 Q9 Q10 21 9015 9015 9015 9015 9015
系统软件流程
开始 状态及PID初始化 信号采集处理子系统 风机控制部分子系统 循环系统控制子系统
补水泵选择子系统
压力控制子系统 故障诊断与报警处理
单片机控制系统 模拟量处理子程序、 温度控制部分子程序、 循环系统控制子程序、 补水泵选择子程序、 炉膛压力控制子程序、 故障诊断与报警处理 等。系统流程图如图 所示。
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
电气控制电路
循环泵和补水泵分别由两台电机循环拖动，循环泵1和补水 泵1工作在变频状态，当它们运行出错时由M2和M4代替其工作。 对于循环泵1，当KM1接通X1端，变频器1输出频率从下限频率到 上限频率逐渐增加（上下限频率根据环境温度由用户通过面板设 定）。同理当环境温度超过单片机内部所设上限时，KM1断开、 KM2接通，频率逐渐下降。对于补水泵1，工作在正转加速和停止 状态，运行状态是根据锅炉水位的变化而变换的，由单片机来设定。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 P1. 0 VCC U1 P1. 1 P0. 0 P1. 2 P0. 1 AT89 S5 1 P1. 3 P0. 2 P1. 4 P0. 3 P1. 5 /MOSI P0. 4 P1. 6 /MISO P0. 5 P1. 7 /SCK P0. 6 REST P0. 7 P3. 0 /RXD EA/VPP P3. 1 /TXD ALE/PROG P3. 2 /INT0 PSEN P3. 3 /INT1 P2. 7 P3. 4 /T0 P2. 6 P3. 5 /T1 P2. 5 P3. 6 /WR P2. 4 P3. 7 /RD P2. 3 XTAL2 P2. 2 XTAL1 P2. 1 GND P2. 0 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC
1 2 3 1 2 3
GND
水位控制电路
当水位到达某一光敏三极管的位置时，其输出端口就向单片 机输出高电平；当水位低于此光敏三极管的位置时，其输出端口就 向单片机输出低电平，从而通过程序设定控制补水泵动作。单片机 输出控制端P2.3和P0.4分别接继电器KM3和KM4线圈，继电器触 点的动作受单片机控制，从而对变频器和补水泵形成自动控制。补 水泵运行方式将在后面介绍。
A D C0 80 8 5V
26 10 6 9 22 23 24 25
IN-0 CLOCK START ENABLE ALE ADD-C ADD-B ADD-A
msb2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 lsb2-8 ref(-) ref(+)
21 20 19 18 8 15 14 17 16 12
谢谢！