太阳能电池组件层压机温度控制系统设计

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【摘要】层压温度是层压机重要的被控参数之一，环境温度变化和电网电压波动都会影响控制温度，常规PID控制难以达到较高的控制精度。本文采用模糊增量式PID控制算法，利用AT89S52单片机的最小系统进行温度实时采集与控制能够达到温度控制精度需求。温度信号由0.75级K型热电偶采集，控制信号经继电器实现对层压机水温的控制。

【关键词】AT89S52单片机；模糊PID；温度控制

我国是目前世界上最大的太阳能热水器生产和销售国，年产量几乎达到了世界各国总产量之和。但是由于生产和控制技术落后，很多太阳能控制器只具有温度和液位显示功能，而且精度还不高，误差达到10%以上。随着电子和信息技术的发展，太阳能热水器的温度控制的精度要求越来越高。其中以单片机为核心实现的数字控制器因其体积小、功能强、成本低、易操作而得到广泛应用。[1]本文介绍了一种以AT89S52单片机为核心的控制系统实现对太阳能层压机温度进行智能控制。该控制系统通过数字PID算法求出控制量，经脉冲调制传给功率控制器，最终实现水温控制。

1.系统结构设计

其中，AT89S52单片机作为控制核心，根据温度传感器从层压机热水器中测量的温度数据，以及人机交互界面设定的水温数值，结合PID控制算法产生相应的控制信号，传送给继电器电路以控制加热设备的工作强度和时长，使热水器的水温不断逼近目标数值。

2.系统电路实现

根据层压机水温控制系统结构可以看出该系统的硬件模块主要包括温度测量模块、继电器驱动模块、单片机控制模块、温度显示模块、人机交互的串口通信模块以及电源模块。

2.1 温度测量模块

温度测量与采集由主控电路AT89S52单片机和传感器电路镍铬－镍硅型热电偶组成的电路实现。镍铬－镍硅型热电偶又称0.75级K型热电偶，它一般情况下与电子调节器、记录仪表、显示仪表配套使用，可以直接测量从-200℃~1200℃范围的固体、液体和气体介质的表面温度。

2.2 单片机控制模块

2.3 继电器驱动模块

AT89S52是一个弱电器件，一般工作在5V[2]，不能直接用于驱动加热设备，因此采用继电器作为二者之间的负载，实现单片机对加热设备的加热控制。驱动控制电路如图2所示。

在图2中，Moc3041是光藕，用它来驱动双向可控硅BTA16，控制双向可控硅的通断。BTA16是通用电子器件，工作电流为16A，耐压400V、600V不等。由于加热执行器是电阻线圈，属于感性负载，所以在开关器件上并上RC电路，作为保护电路并起加速导通关断作用。R2、R3用于补偿双向可控硅，用R4限流保护MOC3041。JP1接控制端，VCC为+5VDC；JP2接220VAC，负载（LOAD）接在火线端（HEATPower）或零线端（NEUTRAL）均可。当单片机的P1.6引脚置1时，MOC3061内部发光管截止，其内部双向晶闸管关断，外部大功率晶闸管控制极G没有触发电流，T1不导通，加热器RL断电。反之，当P1.6引脚置0时，MOC3061内部发光管导通，加热器开始加热。[3]

2.4 其他模块

4.结束语

通过理论分析与实验证明，基于AT89S52单片机的模糊增量式PID算法设计的太阳能层压机水温控制系统能够获得较好的温度调节和控制效果，在实际生产和生活中具有一定的应用价值。

参考文献

[1]郑成霞.基于单片机的软件实现PID温度控制系统[J].宁波职业技术学院学报,2010,14(5):16-19．

[2]李亚杰,何群.基于GSM的远程温度监控系统设计与实现[J].制造业自动化,2009,17(6):1077-1079．

[3]于雷.基于单片机的水温控制系统设计[J].长春大学学报,2011(8):28-30．

[4]王小雨,郑伟,王一丁.基于AT89S52单片机的水温控制系统设计与实现[J].电子世界,2012(9):32-33．

作者简介：赵瑞雪（1990―），女，吉林大安人，吉林大学物理学院硕士研究生在读，主要研究方向：半导体薄膜与太阳能电池研究。