周宇 杨建昌 王玉红
河南安彩高科股份有限公司 河南安阳 455000
摘要：光伏循环水系统，是为光伏玻璃池炉控制系统配套设施进行降温的冷却系统。其目的是对循环水不间断的升温和降温，对水温的精度要求高，使其接近恒温。以现代控制理论技术为基础，利用具有先进水平的电子电器技术，深入研究其特点、性能、经济性及高性价比的控制方案，实现对水温的精确控制，使其应用在工业企业之中，并得到推广。
关键词：单片机 控制 水温 高性价比
原光伏玻璃池炉控制系统水处理系统通过操作员手动开关冷却塔风机和调节风机频率调节温度，存在人为因素，精度低，温度需要控制在±0.5℃以内，很难满足光伏玻璃池炉控制系统的要求。因此，我们应选用自动控制系统，一种是通过可编程序控制器来完成自动控制系统，另一种是单片机来完成的自动控制系统。
一、可编程序控制器自动温度控制系统
可编程序控制器简称PLC，该自动控制系统以PLC控制为中心，用于生产设备及运行系统的监测和控制，其控制范围是光伏循环水的水泵、风机、液位、温度等，实现了各种开关量和模拟量的采集转换，实现自动温度控制。
1.1可编程序控制器的组成
可编程序控制器是由电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块等组成。
电源模块为可编程序控制器提供稳压电源。
CPU模块是负责PLC管理、执行、运算、控制等功能。
1.2该自动温度控制系统的技术特点
抗干扰能力强，易于设备的扩展，便于维护，但投资较大。
1.3该自动温度控制系统的经济性
可编程序控制器自动温度控制系统所需的模块有电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块，每个模块都需要，否则，不能实现自动控制，而可编程序控制器模块价格昂贵，成本高。
二、单片机自动温度控制系统
单片机自动温度控制系统是以单片机为主控制器，实现该系统温度的调节以及精度的控制，采用独立键盘输入，液晶屏可以显示温度值和系统曲线图。可以控制和显示光伏循环水的水泵、风机、液位、温度等，实现自动温度控制。
2.1单片机自动温度控制系统的组成
单片机自动温度控制系统主要由STC89C52单片机、独立键盘和MS12864R液晶屏组成。STC89C52单片机是主控制器，负责处理数据和自动控制。独立键盘的作用是编写程序。MS12864R液晶屏负责监控和现实。
2.2单片机自动温度控制系统的技术特点
集成度高，体积小，可靠性好，性价比高，价格便宜。
2.3单片机自动温度控制系统的经济性
单片机自动温度控制系统所需的STC89C52单片机、独立键盘和MS12864R液晶屏的相对PLC系统便宜的多，可以用最小的投资达到目的。
三、单片机自动温度控制系统设计任务及要求
1．设计任务。设计并制作1个水温自动控制系统，水温可在一定范围内由人为来设定，并能实现在该量程范围内对温度进行自动控制，通过控制冷却塔风机的开停和频率以达到并保持设定的温度，从而对实际温度进行非常准确的控制。本系统主要由单片机和温度传感器构成。
2．技术指标要求。
⑴可以检测并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5℃以内。
⑵可以用液晶显示屏显示设定的温度值，显示的最小精度为0.5℃。
⑶该水温控制系统具备量程范围内自动升、降温功能。
⑷该系统还能保证在量程范围内任意设定一个温度值，控制系统可实现温度的恒温自动控制。
⑸当设定温度发生突变时，控制系统的最大动态误差≤±2℃，静态误差≤±0.2℃，系统达到稳定状态的时间≤9min。
⑹当设定温度值发生突变时，系统可以在液晶显示屏上实时显示水温随时间变化的曲线。
一、理论算法的论证
1．模糊控制算法。本系统采用模糊控制算法，模糊控制同一般自动控制的根本区别在于它不需要建立精确的数学模型，而是运用模糊理论模拟人的经验知识和思维推理，对模糊的现象进行识别和判断从而给出精确的控制量。对于多变量、非线性的时变系统，模糊算法可以更好地实现精确控制。
2．基于模糊算法的控制规则。基于模糊算法总结出一套针对该系统的控制规则。在水的实际温度大于设定值（如3℃），首先采用关闭风机进行降温，在接近设定值时采用降低风机频率进行降温，当低于设定值时再提高风机频率进行升温，当温度再次高于设定值时在降低风机频率进行降温，如此反复进行，从而使水温恒定在某一设定值，这种方法大大减小了软件编程的工作量并缩短了算法的运算过程，同时又满足了精度的要求。
3．模糊控制的具体方案。在控制过程中并不需要添加预设的数学分析，只需要考虑环境对水温的作用以及加热器的加热惯性即可（电加热器在断开开关后仍会对水温造成影响），经过模糊推理和判断计算，找出在一定环境条件下的最佳控制量。
二、系统硬件设计
1．总体电路设计。本系统由温度采集模块、控制模块和显示模块组成，具体的单元电路包括STC89C52单片机电路、温度采集电路、键盘控制电路、液晶显示电路以及继电器驱动电路。
2．单元电路设计
⑴核心控制模块。该模块采用的是STC89C52单片机，该单片机具有接口丰富、便于编程控制和方便程序下载等优点。
⑵温度采集模块。该模块采用DS18B20作为温度传感器，它是由Dallas公司生产的数字温度传感器，可以直接输出串行数字信号，因而简化了的硬件电路设计，也便于进行软件编程。另外，它还具有低功耗、高性能和抗干扰能力强的优点，完全可以满足本系统的设计要求。
⑶温度显示模块。温度显示模块采用的是MS12864R芯片。该液晶显示模块可显示汉字和图形，内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）以及64×256的点阵内存。同1602相比可以更清晰地显示出温度的变化曲线。
⑷键盘控制模块。该模块采用了4个按键，分别为十位加减1键、个位加减1键、十分位加减1键以及系统复位键，分别使用单片机的P3.0,P3.1,P3.2,P3.3,P3.4,P3.5,P3.6共7个I\O口，当按键按下时，单片机会根据电平的高低变化做出相应的控制指令。
⑸继电器驱动模块。风机与继电器相连，由继电器对它进行控制，继电器是一种当输入量达到一定值时输出量将发生跳跃性变化 的自动控制器件。由于继电器线圈需要较大的电流才能使其吸合，一般的集成电路不能提供这么大的电流，故需要采用驱动电路。继电器线圈作为集电极负载接到集电极和正电源之间。当输入为0V时，三极管截止，继电器线圈无电流流过，继电器释放。反之，当输入为+CC时，三极管饱和，继电器线圈有相当大的电流流过，继电器吸合。
三、系统软件设计
软件设计分为主程序设计、温度采集子程序、键盘扫描子程序设计以及液晶显示子程序设计，程序按模块化进行设计，所有的功能均可通过调试子程序来完成。
结语
该系统中存在的主要难题是误差的控制，通过多次实验总结出了特定的模糊算法，其参数的选定完全根据实际经验来确定。经过多次测试证实该系统完全符合设计要求，水温可以在一定范围内任意设定，并能在较短时间内达到并保持设定的温度值。本系统具有运行稳定、反应灵敏且精度高等优点。
参考文献
[1]周琳博. 基于单片机技术开发的水箱液位控制器[J]. 水利科技与经济,2018,24(08):75-77.
[2]张建兴,任沁,王州强. 基于单片机技术的温度控制系统设计与实现[J]. 信息与电脑(理论版),2018(15):99-101.