基于单片机的锅炉控制系统

基于单片机的锅炉控制系统

【摘要】传统锅炉控制采用人工结合常规仪表，给水方式为间断给水，通过省煤器后热辐射时间短，效率低，人工操作复杂，还要人工监视给水的水位和锅炉汽压，很难达到满意的效果。本文主要对基于单片机的锅炉控制系统进行阐述。

【关键词】单片机，锅炉，控制

该系统主要以AT89C52单片机作为控制系统核心，通过接口扩展芯片8255完成人机交互的诸多应用功能，系统所需数据由模拟通路采集，该模拟通路由传感器组、多路开关、信号采样和A/D转换等组成。检测到的数据经过AT89C52单片机处理后，一部分经由8255传至8位数码管显示模块显示，一部分通过电平转换器和放大驱动电路处理后送至控制模块，控制模块根据此输出信号控制执行机构工作，并自动完成声光报警，从而实现对锅炉控制系统进行精确的实时控制。另外，系统还可以实现下载和通信的功能。

1系统设计方法

在详细了解单片机的基本结构、工作原理、功能扩展和相应的接口电路的基础上，对一个具体的应用对象，如何才能设计一个具体的应用系统，使其能够满足实际需要就变得非常现实了，也是系统设计和产品开发者所关心的问题。本节从应用角度出发，详细介绍单片机应用系统硬件设计方法和研制过程。

在图1的控制方案中，传感器采集随时间连续变化的模拟信号(被调参数)，如温度、流量和水位等，通过变送和放大，转变成直流电压信号，然后通过模/数转换器转换成单片机可识别和处理的二进制数据，经输入通道送入单片机，由单片机按照一定的逻辑控制原理，对被测量值进行一系列的运算处理，从而得到燃烧器、循环泵或其他执行机构的控制量，再由单

片机输出二进制数据，经数/模转换器将数字量转换成模拟量(电压或电流信号)，直接或通过继电器、接触器及多路开关送至执行机构，使阀门或其他调节机构动作，达到调节被调节参数的目的。

2基于单片机的锅炉控制系统设计

2.1熟悉设计对象

单片机作为控制系统的核心所控制的对象是多种多样的，所实现的控制功能也是千差万别的。这些对象可能是一个具体的设备，如交通灯控制器、机械手、电视机、空调器、微波炉、电冰箱等，也可能是一个系统，如生产线过程控制系统、数据采集系统、遥控系统等。在这些控制系统中，它可以有多个数字量和模拟量的采集和控制，有多个采样点和控制点。单片机在这些应用领域可以进行功能数字测量及采集，也可以完成过程控制、程序控制，或者是闭环控制。例如，一个空调器实际上就是一个温度控制系统，它包含温度测量、A/D变换、控制计算、输出功率调节等多个环节，在空调器币加热均采用电加热或压缩机，控制比较方便。对于一个锅炉控制系统，不管是燃油锅炉还是燃煤锅炉，比一个空调器控制要复杂得多，不仅要进行温度测量，还要测量锅炉内的压力、水位等参量，其控制系统规模要大一些。这类系统是一个模拟量闭环反馈控制系统。在这些系统中，需要显示输出(常用LED、LCD显示器)、初始值设定(常用拨码开关或键盘输入)、控制操作和报警提示等。因此就需要一个控制面板，在面板上要设置相应功能键和显示器。

2.2系统硬件电路

本系统的硬件电路设计应包括两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM，RAM，I/O口，定时，计数器，中断系统等容量不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统配置，即按照系统的功能要求配置外围设备，如键盘、显示模块、打印机、A/D、D/A转换器等。因此本系统扩展和系

统配置设计遵循下列原则：

(1)选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打好基础。

(2)系统的扩展和外围设备配置的水平充分满足应用系统的功能要求，并留有适当的余地，以便进行二次开发。

(3)硬件结构结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件实现的功能尽量由软件来实现，以简化硬件结构。

(4)可靠性和抗干扰性设计是硬件系统设计不可缺少的一部分。

硬件电路主要包括温度检测与变送环节的设计、模数转换接口电路的设计、人机交互接口的设计、报警电路的设计以及电源电路的设计。结构框图见图2。

首先是通过温度传感器获得温度的值，转变成1-5V标准电压信号，经采样放大器，送入A/D转换器转换成数字信号进入单片机内部。将检测的温度值，利用幅值检测程序，判断是否超过所设定的温度范围。若是，则启动报警电路。否则经LED驱动电路，送给LED显示器实时显示。单片机将给定温度值与测量温度值相比较，得出偏差量，经D/A转换器，送入功率放大器，得到一个放大的电压信号，驱动调节阀，从而控制调节阀的大小，进而改变燃料的流量，最终达到控制锅炉温度的目的。

2.3 系统软件设计

单片机首先进行初始化，包括I/O口、定时器、中断系统、液晶显示器的初始化；然后采集温度、水位数据，作为判断故障的依据，再进行故障检测；若发现故障，则蜂鸣报警，同时显示故障原因；然后开始进入循环监测部分，先采集数据，检测故障：然后进入相应的温度控制子程序、定时控制子程序、手动控制子程序、防冻控制子程序，接着开始扫描键盘，判断出所按键后，使相应变量置位或复位，并刷新当前显示，由此不断循环运行，完成锅炉控制系统的各种控制功能。

本系统要实现的是温度的巡回测量、巡回显示和温度的控制以及对锅炉中的各个参数(温度、水位等)的超限报警等功能。首先，为了能够实验温度的巡回测量，必须有电子开关程序巡回选择每个通道和A/D转换程序把模拟的电压量转换成数字量。为了提高准确性，之后又必须有数据处理程序对采集进来的数据进行处理，若超过所需的范围，则启动报警程序进行报警，为了能够把测量的温度用LED显示，又必须通过数据转换程序。同时也要有键盘输入程序才能对温度进行控制。

结论

本文以应用前景可观的锅炉作为控制对象，提出了一套以单片机为核心控制器的锅炉控制系统设计方案，并进行了系统硬件设计及软件算法的实现，实验表明，该系统性能良好，能够实现参数自动检测、自动控制，系统软、硬件维护方便，且投资成本较低，具有很强的实际应用价值。

参考文献：

[1] 王春林，李正熙，童朝南. 嵌入式液压控制器的实现[J]. 微计算机信息，2005，(2).

[2] 鲍存会，马帅旗，刘沛. 锅炉液位控制装置的研制[J]. 现代电子技术，2005，28(17). 感谢您的阅读！