单片机控制的的家用燃气锅炉控制系统设计开题报告

目前，我国城镇居民住宅取暖大都采用集中供暖方式，这种方式从原理上讲，热效率高，能源能够得到充分利用，具有较高的经济性。但是集中供暖多为燃煤锅炉，会带来很大的环境污染问题。据《中国低碳能源战略探讨》的研究，要实现既定的目标，可以估算出2030年相应于人均2.8吨CO2的排放控制目标，一次能源的具体构成大致应为：非化石能源占40%，石油和天然气占30%，煤占30%，但是煤的一半须采用CCS利用。我国城市二氧化碳减排问题更为严峻，要实现上述目标，相应的中国能耗构成应是：非化石能源占27%，石油占16%，天然气占17%，煤占40%（其中近一半采用CCS利用）。提高天然气在一次能源构成中的比重是实现减排目标的必然要求^[1]。近年来以天然气为燃料的燃气锅炉具有高效、环境污染小甚至无污染等特点，而因此倍受人们青睐。目前市场上家用燃气锅炉大多数是进口或合资生产，价格动辄在万元以上，不利于推广使用。 因此研制开发安全可靠、价格低廉的智能型小型家用燃气锅炉具有一定的现实意义。

当前市场上燃气锅炉的控制方式主要分为：基于PLC控制的燃气锅炉、基于PID调节器的燃气锅炉、传统控制的燃气锅炉等等。基于PLC控制的燃气锅炉，虽然其干扰能力强、故障率低，但是由于是家用燃气锅炉，使用PLC作为控制器会导致成本过高，经济效益相对较低；对于PID调节器作为控制单元，PID调节器是一种线性控制器，但生活中的系统都包含非线性特征，所以只能对某个平衡点及其邻域使用，换言之，很有可能邻域很小，一旦超出，系统就崩溃了；而国内传统控制的燃气锅炉，首先其排气产生的CO等物质会污染大气环境，其次传统的部分燃气锅炉对能源的转化率不高，燃烧不充分会导致能源的浪费，这两个特征均不符合当今“环保节能”的思想。同时，运用较为复杂的控制器不仅会加大开发成本，在一定程度上同样会使用户的学习成本增加，降低了可操作性。因此，寻找新的控制器来作为燃气锅炉的控制器不仅对经济效益，更对环境保护有深刻意义。

随着微电子产业的迅速发展，单片机等微型控制器在人们日常生活、工作和学习中扮演着重要的角色。依据单片机目前的发展状况，在本课题中使用单片机作为控制器，有如下几个优点：：(1)成本较低。由于现在单片机的价格相对都比较低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，成本比较低；(2)可以对外部存储容量根据需要进行扩展，设计可以相对比较灵活；(3)由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。它不仅可以实现各种常规的控制算法,还可以根据被控对象的特性,充分利用控制理论的最新研究成果,采用更完善的控制方式,以获得更好的控制效果。

随着科学技术的不断进步，涌现出许多新型的控制技术。就本课题而言，模糊控制技术可以在温度控制上有较好的效果。武隋新在《模糊控制技术在锅炉燃烧系统上的工程应用》一文中写道：锅炉因其非线性、时滞、机理复杂和检测困难等因素而难以建模,用常规控制方法难以有效控制。然而,富有经验的司炉工却能运用人所特有的观察、推理和学习能力;通过直觉可以安全而有效的对其进行控制。由于模糊控制通常是对这种人类解决方案的最好近似,因此它可以有效的处理这些控制问题。模糊控制系统不需要被控过程的准确数学模型,它充分利用来自现场工程师和司炉工的语义知识进行系统设计,其控制方式类似人的思维模式,因此,对锅炉采用模糊控制方式可取得令人满意的效果^[2]。模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖于控制对象的模型,因此模糊控制能近似地反映人的控制行为,无需建立对象的数学模型,有很强的鲁棒性^[3]。若在家庭燃气锅炉中采用模糊控制技术对锅炉的控制模糊控制技术，不仅可以提高系统的安全性，更能增强系统的功能性。

在家用燃气锅炉中采用单片机和模糊控制技术相结合的控制方式，不仅可以降低消费者操作燃气锅炉的复杂度，更能在提高燃气利用率方面做出巨大贡献，满足对环境保护的要求，在实用性、经济性等多方面产生突破性的进步，使家用燃气锅炉变得更加智能化、高效化，对于今后家用燃气锅炉的推广具有一定的意义。