智能锅炉控制器软硬件设计

论文总字数：25518字

摘 要

锅炉智能控制系统，是由微型计算机技术、硬件设计电路、智能控制、节能减排等几项技术相结合的产物。用微机对运行中的锅炉进行控制以达到提高锅炉热效率、降低能源消耗等要求，这是一项具有多方面重大意义的工作。本课题采用单片机作为智能控制系统的核心，该系统的硬件电路包括微控制器电路、电源、模拟量采集电路、开关量采集电路以及串行通信接口，软件部分包括算法设计、系统主程序设计以及串行通信程序等。借助Altium Designer 14软件绘制控制系统的硬件电路的原理图以及印刷电路板图，使用C语言借助Keil μvision 4编译控制系统软件代码，并根据设计电路进行实际制作。

关键词：锅炉；智能控制器；单片机；软硬件设计；

The Hardware and Software design of an Intelligent Boiler Controller

Abstract

The intelligent boiler control system is a product of the combination of several technologies, which including micro-computer technology, hardware circuit, intelligent control and energy conservation. This is a significant work that using micro-computer for controlling the operation of the boiler in order to improve thermal efficiency and reduce energy consumption. Choose the SCM as the core of the intelligent control system in this issue. The hardware design mainly includes the circuit of microcontroller, the power circuit, the serial communication interface and analog and digital control channel, and the software design includes the system main program, the intelligent control algorithm and the program of serial communication with PC. Use Altium Designer 14 to design the schematic diagram and the printed circuit board, use the C language compiler Keil μvision 4 to compile the control system software code and the circuit design is based on actual production.

KEY WORDS: boiler; the intelligent controller; SCM; the hardware and software design

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景与设计介绍 1

1.2 国内外研究现状与前景展望 1

1.3 设计要求与工作内容 3

1.3.1 应解决的主要问题 3

1.3.2 应达到的设计要求 3

1.3.3 工作内容 3

第二章 智能锅炉控制系统整体设计方案 5

2.1 设计思想 5

2.2 设计方案 5

2.2.1 基于分立元件的锅炉智能控制系统 5

2.2.2 基于单片机技术的锅炉智能控制系统 6

2.2.3 基于嵌入式系统的锅炉智能控制器 6

2.3 几种设计方案的比较 6

第三章 控制系统硬件电路设计 8

3.1 单片机及其最小硬件电路 8

3.2 稳压电源模块 9

3.3 模拟量采集电路 10

3.4 模拟量输出电路 11

3.5 开关量采集电路 12

3.6 串行通信接口 13

3.7 硬件电路设计原则 14

3.8 原理图与PCB设计 14

第四章 控制系统软件设计 16

4.1 软件功能需求分析 16

4.2 控制系统主程序 16

4.3 模拟量采集与输出程序 18

4.4 串行通信程序 20

第五章 总结与设计分析 22

参考文献（References） 23

致 谢 24

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景与设计介绍

作为一种常见的能量转换设备，采用智能控制系统进行控制的电锅炉系统具有结构简单、节能环保、自动控制程度高的特点。锅炉的工作过程可以采用类似流程框图的方式表示，化学能、电能、热能等能量输入至锅炉中，经的转换，输量热能水、蒸体。锅及工业生产能，还将热能能，转化得到的机械能还可以通能。与传统的将石化产品作为燃料的锅炉相比，采用智能控制系统的电锅炉还具有投入成本低、操作便捷、产热效率高、能量利用率高等许多优点。随着科技水平的发展和人民生活水平的提高，采用智能控制系统的锅炉系统已经成为日常生活中供热取暖以及工业生产的主要设备。

锅炉燃烧的安全性和可靠性是锅炉运行的基本要求。现在中国已有的中、小型锅炉约有30多万台，每年的耗煤量占据我国原煤产量的三成左右，目前在我国大多数的民用锅炉以及工业锅炉的生产状态仍然处于环境污染重、生产效率低、安全指数低的状况。而且目前许多工业锅炉系统的操作方式仍旧有赖于常规仪表和人工操作的配合，这种老旧的传统操作方式不平稳，不能保证生产过程的安全，操作人员的劳动强度很大，生产条件苛刻。而且产热效率很低，耗煤量非常大，浪费了不可再生能源，经济效益低下，造成了极大的环境污染。为了改进锅炉的工作效率，节约耗煤，采用了自动控制系统的锅炉日益广泛。采用了智能控制系统的锅炉装置可以非常准确且非常迅速的反应锅炉系统在工作过程当中的运作状况，并且能够灵活的监测和修改锅炉的控制变量参数。采用了智能控制系统的锅炉系统保证了锅炉工作的安全性、稳定性以及经济性，并且能够为操作人员减轻工作强度和风险，降低由于人工误操作和系统线路故障导致的事故发生率。锅炉智能控制是近几年逐渐发展起来的一种新技术，是由微机软硬件、现代控制理论、自动控制、节约能耗等几项技术结合的新型产物。在提高锅炉工作效率，降低能耗，节省不可再生能源等方面，相比老旧的人工机械控制方法以及传统的锅炉控制方式，采用锅炉智能控制的锅炉系统具有相当大的技术优势，能将锅炉在运行中的各个参数直观的显示出来，由此可见，用微机技术对锅炉进行智能自动控制是一项具有深远意义的工作。

随着电子电路技术的高速发展，实现智能自动控制的方法与手段也越来越多样化，现在市面上有许多针对工业锅炉智能控制的技术方案：比如用专用芯片进行设计的方案、用复杂可编程逻辑电路进行设计的方案、用单片机设计完成的方案，也有结合模拟与数字电路的设计方案。本文将对其中的几种具有代表性和可操作性的方案进行论证分析，并最终选定一种方案设计锅炉智能控制系统。

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