音频锁相环精密温度控制计【毕业设计】.doc

1 绪 论 在工业生产中温度、压力，流量是四种最常见的过程变量。其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不准确就可能引起生产安全，产品质量等一系列问题。任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此实现对温度的控制是生产自动化的重要任务。随着社会工业化程度的提高，温度这个和我们每个人生活息息相关的词汇在工业、农业中发挥着越来越大的作用，各种工矿企业，科研机构，都要用到温度控制。例如：烟花爆竹工厂的仓库必须对温度的上限有严格的控制，炼钢厂的锅炉温度等等，都需要对温度的变化进行严密的监测和控制。 常见的温度控制系统，是先利用温度敏感元件，如热敏电阻，将温度的变化转换为热敏电阻本身阻抗的变化，继而引起其两端电压的变化，实现控制功能，虽其实现容易，但可靠性低，抗干扰能力差。本篇力求解决这一问题，设计思路是将温度变化转换为频率变化加以控制，其具体原理是先借助温度传感器----热敏电阻和NE555集成芯片组成多谐振荡器，即可把温度的变化转变为振荡器输出信号频率的变化，随着温度的渐渐升高，信号频率也随之慢慢改变，当达到设定温度时，频率也将确定。多谐振荡器后接由LM567音频译码芯片组成的锁相环路，在温度设定范围内，信号频率与锁相环路自身的振荡频率不一致，该电路输出为高电平，后续控制电路不动作，指示电路只显示绿灯，表明目前温度正常；但当温度达到控制点，信号频率就会与锁相环路的振荡频率相一致，该电路将输出低电平，从而启动后接控制器，接通报警电路，同时指示电路将点亮红灯给予人们提醒。 该电路设计简单，实现容易，可靠性好，实用价值高。在下面的章节里我们将具体分体其工作原理。 温度控制系统简介 在电子电路控制系统中，要实现温度的控制，首先要把温度的变化量转换为电量变化，才能加以分析处理和加以控制。本篇也不例外，取用的温度敏感元件是具有灵敏度高，体积小，热惯性小的热敏电阻，它能把温度的变化反映为其本身阻值的变化，从而就能引起电量的变化。由于我们要处理的电量为信号频率，那么我们就需要一个波形产生电路----多谐振荡器，它的振荡频率由其外接电阻和电容控制，其两个中任何一个元件参量的变化都将引起振荡器输出信号频率的改变，因此我们可以用热敏电阻代替振荡器的外接电阻，从而就能将温度的变化转为频率的变化。要实现对温度的控制，必然要有控制条件，本篇的控制条件则是对温度下限的控制，即当温度下降到某一设定值时，电路加以动作，此时的温度是确定值，那么热敏电阻阻值也是确定的，则振荡器输出频率也就确定了，显然我们现在要做的将是在信号达到这一频率时，电路采取措施。由此，我们就需要一个频率比较电路----译码电路，先将该译码电路的自身频率即参考频率加以设定，当控制信号频率与参考频率不同时，译码电路输出高电平；当控制信号频率与参考频率相同时，译码电路输出低电平。利用输出的高低电平，将会很容易实现控制和指示，我们的设计思路也将由此展开。下面是温度控制系统总体框图，如图.1所示: 图2.1 温度控制系统总体框图 各部分简介如下直流电源部分为系统各部分提供稳定，可靠的直流电源。它由变压，整流，滤波，稳压四个部分组成。 温度/频率转换电路：由温度敏感元件及波形产生电路组成。利用正温度系数热敏电阻的特性----阻值随着温度的升高而增大，将温度的变化转变阻值的变化，阻值的变化引起频率的变化，从而把温度的改变转化为信号频率的改变。 译码电路：当输入信号频率与参考频率不同时，译码电路输出高电平，当信号频率与参考频率相同时，译码电路输出变为低电平。 控制及指示电路：在允许温度范围内，电路以绿灯显示，当超出温度控制点时，电路以红灯显示，同时接通报警电路，给予提示。 报警电路：产生音频信号，驱动扬声器，提醒人们温度已超出设置点。 电源部分 直流电源的组成框图如图.1所示。其中包括四个组成部分。本文电源部分具体电路如图.2所示。 图3.1 直流电源的组成框图 图.2 直流电源部分电路图 .1 电源变压器 城市电网提供的一般为220V(或380V)/50HZ的正弦交流电，而本电路系统所需的是8V的直流电，因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压，然后再将变换以后的变压器次级电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。 .2 桥式整流 桥式整流电路的作用是利用具有单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向的脉动电压。但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。桥式整流电路原理图如图.3所示。 图.3 桥式整流原理图 由图可知，在u2正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止；u2负半周时，D2、D4导通，D1、D3截止。每两只