基于云端技術的箱式熱處理電阻爐控制系統設計

侯曉晨 楊云飛

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2106-5640-2309

摘? 要：本文以微控制器STM32F4為核心，結合電阻屏、Wi-Fi無線模塊和GSM通信部件，運用云端技術，通過Wi-Fi網絡連接，對箱式熱處理電阻爐進行遠程控制。采用PID控制算法，通過調相器控制加熱器的功率。通過手機APP遠程控制熱電阻爐加熱過程，在員工上班前預先進行工件預熱，節省了大量時間，大大提高了設備效率和自動化程度。

關鍵詞：STM32? 手機APP? Wi-Fi? 電阻屏? 電阻爐

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）06（b）-0058-04

Control system design of box type heat treatment resistance furnace based on cloud technology

HOU Xiaochen? YANG Yunfei*

（Changshu Institute of Technology， Changshu， Jiangsu Province， 215500? China）

Abstract： In this paper， the microcontroller STM32F4 as the core， combined with resistance screen， Wi-Fi wireless module and GSM communication components， using cloud technology through Wi-Fi network connection， is used for the box type heat treatment resistance furnace remote control. PID control algorithm is used to control the power of heater through phase modulator. Wi-Fi module is used to remotely control the heating process of the thermal resistance furnace through the mobile phone app to preheat the workpiece before employees go to work， which saves a lot of time and greatly improves the efficiency and automation of the equipment.

Key Words： STM32; Mobile phone APP; Wi-Fi; Resistance screen; Resistance furnace

箱式熱處理電阻爐主要由保溫材料、耐火磚及電阻絲等組成。箱式熱電阻爐存在體積大、加熱費時等問題，用于淬火的箱式熱電阻爐工作溫度在700～1000℃，從通電啟動加熱到箱式熱電阻爐達到工作溫度所耗費的時間達到5～6h，每次冷卻后再加熱所耗費時間累積起來會導致大量的人力、物力被浪費。

本文設計了基于云端技術的箱式熱處理爐控制系統，采用STM32[1-3]單片機設計整個控制系統，保證了溫度控制的可靠性和靈活性，運用云端技術遠程控制箱式熱電阻爐提前預加熱，大大提高了生產效率[4]。

1? 箱式熱處理電阻爐系統

箱式熱處理電阻爐系統如圖1所示，主要由操作臺、淬火爐、淬火池、清洗機、回火爐和物料箱構成，實現熱處理生產工藝中的淬火和回火功能。箱式熱處理電阻爐系統控制流程為：（1）遠程控制淬火爐和回火爐加熱到設定溫度;（2）確認淬火池介質;（3）啟動傳送帶，工件從操作臺通過傳送帶送到熱處理爐內;（4）淬火爐對工件進行淬火加熱;（5）淬火池對工件進行淬火;（6）清洗機清洗工件上殘留的淬火池介質;（7）回火爐對工件進行回火熱處理，最后經傳送帶送入物料箱存放。

2? 系統總體結構設計

選用STM32F407[5]芯片作為主控芯片，結合Wi-Fi模塊，手機連上Wi-Fi模塊的熱點以后，手機APP發出啟動加熱指令。單片機接收到信號，通過PID算法控制加熱電阻的加熱，當加熱完成時通過GSM模塊發出短信通知到手機上。總體結構如圖2所示。

3 控制程序設計

3.1 總體控制程序設計

采用結構化編程方法并利用庫函數進行控制程序的編寫。根據工藝要求，總體控制程序流程如圖3所示。

3.2 Wi-Fi模塊程序設計

本文選用ESP8266[6-8]為Wi-Fi模塊，通過串口初始化庫函數USART_Init（）以結構體變量設置相關參數，波特率9600，數據位8位，無奇偶校驗，停止位設置成1位。

Wi-Fi模塊需要接收手機APP發出的開啟信號數據，Wi-Fi模塊接收到這個數據并進入中斷，執行中斷程序。這個接收程序在串口3中斷程序中，將接收到的數據存儲在“rxpuf[ny]”數組中。從APP中發出的數據開頭是“+IPD，”的校驗碼，先對數組中的前5個位逐位檢測，確認是“+IPD，”這5個數據后，再檢測數據的第10位是不是開啟加熱的數據“W”，確認接收到這個數據后，啟動加熱標志位re flag置1啟動加熱。程序設計如下：

void USART3_IRQHandler（void）

{

if（USART_GetITStatus（USART3， USART_IT_RXNE） ！= RESET） //接收中斷

{

rxpuf[ny] =USART_ReceiveData（USART3）;//（USART3->DR）; //讀取接收數據

if（（ny==0）&&（rxpuf[ny]=='+'））

{ ny=1; }

else if（（ny==1）&&（rxpuf[ny]=='I'））

{ ny=2; }

else if（（ny==2）&&（rxpuf[ny]=='P'））

{ ny=3; }

else if（（ny==3）&&（rxpuf[ny]=='D'））

{ ny=4; }

else if（（ny==4）&&（rxpuf[ny]=='，'））

{ ny=5; }

else if（ny==5）

{ ny=6; }

else if（（ny==6）&&（rxpuf[ny]=='，'））

{ ny=7; }

else if（ny==7）

{ ny=8; }

else if（ny==8）

{ ny=9; }

else if（（ny==9）&&（rxpuf[ny]=='W'））

{ ny=10; }

else if（ny==10）

{ ny=0;reflag=1; }

}

}

3.3 手機APP界面設計

使用E4A軟件里面的控件設計APP界面，所設計手機APP界面運行時如圖6。程序如下.

事件 按鈕1.被單擊（）

客戶1.連接服務器（"192.168.1.9"，"5000"， 5000）

結束 事件

如果成功連接到服務器就需要在標簽2，即圖5中連接狀態欄右側的綠色標簽欄中顯示文本連接成功，程序如下.

事件 客戶1.連接完畢（連接結果 為 邏輯型）

判斷 連接結果

分支? 真

' ? ? 信息框（"提示"，"連接成功"，"確定"）

標簽2.標題="連接成功"

時鐘1.可用=真

時鐘1.時鐘周期="5000"

結束 判斷

結束 事件

4? 調試

所設計的控制板如圖4所示，編程實現了遠程控制啟動加熱的功能，整個程序運行正常。通電以后如圖5所示。

手機APP連接Wi-Fi模塊如圖6所示。通過手機APP遠程啟動加熱，加熱完成時的短信提示如圖7所示。

參考文獻

[1] 王勝，王紅心，湯莉莉，等.多控機械臂物聯網系統設計[J].科技創新導報，2017，14（27）：10-11.

[2] 文道朋，楊浩，趙娟.基于ESP8266的人流量檢測系統設計[J].科技創新導報，2020，17（1）：151，153.

[3] 孟新宇.基于STM32的密閉空間PM2.5檢測和控制系統設計[D].廊坊：北華航天工業學院，2021.

[4] 趙東升，劉忠富，張笑彤.基于STM32單片機的智能家庭電控系統設計[J].山西電子技術，2021（1）：3-5，7.

[5] 劉露，李茹欣，李磊，等.基于STM32的無線門禁控制系統設計[J].電子測試，2021（3）：28-29，81.

[6] 陳述涵.基于物聯網的智能家用風扇控制系統設計[J].科技創新導報，2019，16（28）：145-146.

[7] 李玉晶，劉陽，孫倩男.基于物聯網居民二次供水監測系統的研究[J].科技創新導報，2018，15（36）：1，4.

[8] 石瑛.基于ZigBee與WiFi深度結合的智能家居系統的研究與設計[D].南京：南京郵電大學，2019.