小型热水锅炉单片机温度控制系统

前言
随着信息科学技术和微电子技术及计算机技术的飞速发展，特别是针对测控特点而设计的微控制器出现，把单片机测控系统的设计带到了一个崭新的领域，依靠自己的技术力量来构成一个计算机应用系统，是广大非计算机硬件专业的工程技术人员梦寐以求愿望。只有在单片机芯片技术取得令人惊叹的今天，这个梦想才得以实现。由于单片机测控系统的设计不仅需要单片机方面的基础知识，而且还需要诸如传感器、仪表、信号检测、自动控制、执行机构、测控对象建模、总体结构设计、数字通信等专业知识，因此本设计对小型热水锅炉单片机温度控制系统作了全面的介绍。
本设计共分5章。第一章介绍了

小型热水锅炉单片机温度控制系统
摘要：本文介绍了用8051单片机构成的小型热水锅炉温度控制的最小系统，主要包括数学模型的建立、硬件电路的设计及其分析和软件程序的编程及其分析。
关键词：单片机；温度控制系统；热水锅炉；温度检测

   冬季分散取暖通常采用热水锅炉人工定时烧水供热的方法。这种方法好煤量大，居室温度变化大，费电，费人力。为解决这个问题，本文介绍了一种用单片机控制热水锅炉供热的系统装置。
一. 供暖系统的数学模型
对于供暖系统，环境温度反映了需热量，供水温度反映了供热量。供暖对系统的要求为：环境温度低时，供水温度高；环境温度高时，供水温度低。根据实践经验，建立供热系统的控制数学模型如下：
                   95℃     < -10℃
       上限   =
                   85℃ -      -10℃≤   ≤15℃

75℃ < -10℃

                T下限 =
                     65℃ -         -10℃≤≤15℃
式中， T上限为供水上限温度， T下限为供水下限温度，   为环境温度。
   上式说明，环境温度低于16 ℃时，每降低1℃，供水温度上、下限升高1℃；环境温度低于-10℃时，供水上限温度为95℃，下限温度为75℃。
供水上限温度为停机温度，在开机状态下，当供水温度达到上限温度时系统停机。供水下限温度为开机温度，在停机状态下，当供水温度降至开机温度时系统即开机。当环境温度高于16℃时系统停机。供水温度始终在上限温度和下限温度之间变化。
二. 硬件电路及其分析
用8051单片机构成的热水锅炉温度控制电路如图1所示。

此电路采用MCS-51系列的8051单片机控制。由于本系统所用的程序存储空间不大，所以不用扩展外部存储器。8051采用40引脚双列直插封装（DIP）方式。当然，不同芯片之间引脚功能也略有差异。8051单片机是高性能单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能，其中有些功能是8751芯片所专有的，引脚图如图2所示。

各引脚功能简要说明如下：
电源引脚和
(40脚)：电源端，为+5V。
(20脚)：接地端。
时钟电路引脚XTAL1和XTAL2
XTAL2（18引脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在8051片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体固有频率。若需采用外部时钟电路时，该引脚输入外时钟脉冲。
要检查8051的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出即可。
XTAL1（19引脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚必须接地。
3.控制信号引脚RST、ALE、和
    RST/VPD (9脚)：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。RST引脚的第二功能是VPD,即备用电源的输入端。当主电源发生故障，降低到低电平规定值时，将+5V电源自动接入RST端，为RAM提供备用电源，以保证存储在RAM中的信息不丢失，以使复电后能继续正常运行。
ALE（30脚）：地址锁存允许信号端。当8051上电正常工作后，ALE引脚不断向外输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。CPU访问片外存储器时，ALE输出信号作为锁存低8位地址的控制信号。在CPU访问片外数据存储器时，每取指一次（一个机器周期）会丢失一个脉冲。
平时不访问片外存储器时，ALE端也以1/6的振荡频率固定输出正脉冲，因而ALE信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果你想看一下8051芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出，如有脉冲信号输出，则8051基本上是好的。
ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL负载。
（29脚）：程序存储允许输出端。在访问片外程序存储器时，此端定时输出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。此引脚接EPROM的端，端有效，即允许读出EPROM/ROM中的指令码。CPU在从外部EPROM/ROM取指期间，信号在每个机器周期（12个时钟周期）中两次有效。不过，在访问片外RAM时，要少产生两次负脉冲信号。
端同样可驱动8