基于单片机的家用电热锅炉控制系统设计与实现

甄文焕 孔德尉* 沈阳工学院 王雪 国网辽宁省电力有限公司

1 硬件结构设计

本次设计的锅炉温度控制系统主控部分由单片机来进行完成。通过使用按键电路来进行对温度报警值的设定，并使用传感器来对锅炉的水温进行实时的采集和处理，用实时的数据与报警值进行比较，若实时的温度值大于预置的温度上限值时蜂鸣器就会报警，并使得电锅炉停止加热。若实时的温度少于预置的温度下限值时，电锅炉则重新启动进行加热处理。以此重复来对电锅炉内部的温度进行智能控制。

同时为结合实际需要，家用的电锅炉有的时候也会被用来给家庭作为供暖设备使用。如果锅炉内的压力过大则可能会给锅炉带来爆炸的危险，所以选用压力传感器也是对于安全的重要考量，而且压力过低时锅炉也无法正常的运行。系统整体框图，如图1.1所示。

图1.1 系统整体结构框图

2 硬件模块选择

2.1 控制核心选择

本设计采用的是价格比较合适性能又可以满足设计要求的STC89C52RC作为主控芯片，该芯片性能稳定、抗干扰能力强；其内部配置了系统可编程的8K的 Flash存储器。在很多的工业控制现场和嵌入式系统中都可以非常有效的担任控制任务。

2.2 测温模块选择

本设计采用方案二的DS18B20测量温度，并采用了探头式的DS18B20传感器，可以浸没水中，准确的采集到锅炉中的水温。与单片机的一个I/O口相连进行数据的双向传输。

2.3 水位测量模块选择

本设计使用了超声波测距的HC-SR04模块来进行对水位的测量，这种超声波测距模块本身就带有非接触式的距离感测功能，一般可测的距离为两厘米到四百厘米，这种模块的测量精度很高，一般的可以精确到三毫米，这种超声波测距模块一般都会包含有超声波发射器、接收器与控制电路这几个部分。

2.4 气压检测模块选择

本设计需要对电热锅炉内部的气压进行实时的监测，在锅炉气压超过限定值是予以报警提醒，并停止加热，所以此选用了BMP180作为本设计的气压传感器。

BMP180由一个压阻传感器，模拟 - 数字转换器，并与E2PROM和一个串行I 2 C接口的控制单元。该BMP180提供的压力和温度补偿的值 E2PROM中已存储的个人校准数据的176位。这是用于补偿偏移量，温度依赖性和传感器的其他参数。

3 硬件电路设计

3.1 显示电路设计

LCD1602液晶显示模块。是一种点阵型式的液晶显示模块，用于显示英文字母、阿拉伯数字、基本符号等组成结构是若干个点阵字符位，任意一个点阵中的字符位都能够显示字符，任意两个点阵字符位之间的距离都是一个点距，任意上下行中间也存在间隔，间隔的作用是使字符之间和行之间分离 。

单片机的P1.5～P1.7口分别连接LCD1602的控制引脚RS、RW、E，以达到对LCD1602的控制。P2口用于显示输出，连接LCD1602的DA0～DA7。

3.2 键盘电路设计

本设计中按键模块的主要作用是设定水温控制范围和水位控制范围还有气压上限值。按键分为三个，分别是距离值的上下限值增加键、减少键和选择键。三个按键的电路设计方案为：一端分别接单片机的三个I/O引脚，另一端分别接地。当系统监测到特定I/O口电平为低电平时，则断定按键按下。三个按键：KEY1接单片机P1.0口为确认键，KEY2接单片机P1.1口为增加键，KEY3接单片机P1.3口为减少键。

3.3 报警电路设计

本设计报警电路采用声光报警，即在蜂鸣器电路上并联一个LED灯即可，实现声音报警的同时，进行视觉报警，提高报警效果，单片机的P1.3口为声光报警电路的控制口，当低电平时，就可以启动声光报警电路。

4 结论

本课题的研究工作已经基本达到预期的要求。系统采用了STC89C52RC单片机为控制核心，通过温度报警值的设定，使用传感器来对锅炉的水温进行实时的采集和处理，用实时的数据与报警值进行比较，合理的引入了温度作为补偿，使测量的水位值更加的精确；系统采用液晶LCD1602来显示温度和液位高度，显示清晰易懂。

[1]陈海宴.51单片机原理及应用——基于KeilC与Proteus[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

[2]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版社,2009.