基于云端技术的箱式热处理电阻炉控制系统设计

侯晓晨 杨云飞

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

摘  要：本文以微控制器STM32F4为核心，结合电阻屏、Wi-Fi无线模块和GSM通信部件，运用云端技术，通过Wi-Fi网络连接，对箱式热处理电阻炉进行远程控制。采用PID控制算法，通过调相器控制加热器的功率。通过手机APP远程控制热电阻炉加热过程，在员工上班前预先进行工件预热，节省了大量时间，大大提高了设备效率和自动化程度。

关键词：STM32  手机APP  Wi-Fi  电阻屏  电阻炉

中图分类号：TP273                          文献标识码：A                  文章编号：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

箱式热处理电阻炉主要由保温材料、耐火砖及电阻丝等组成。箱式热电阻炉存在体积大、加热费时等问题，用于淬火的箱式热电阻炉工作温度在700～1000℃，从通电启动加热到箱式热电阻炉达到工作温度所耗费的时间达到5～6h，每次冷却后再加热所耗费时间累积起来会导致大量的人力、物力被浪费。

本文设计了基于云端技术的箱式热处理炉控制系统，采用STM32[1-3]单片机设计整个控制系统，保证了温度控制的可靠性和灵活性，运用云端技术远程控制箱式热电阻炉提前预加热，大大提高了生产效率[4]。

1  箱式热处理电阻炉系统

箱式热处理电阻炉系统如图1所示，主要由操作台、淬火炉、淬火池、清洗机、回火炉和物料箱构成，实现热处理生产工艺中的淬火和回火功能。箱式热处理电阻炉系统控制流程为：（1）远程控制淬火炉和回火炉加热到设定温度;（2）确认淬火池介质;（3）启动传送带，工件从操作台通过传送带送到热处理炉内;（4）淬火炉对工件进行淬火加热;（5）淬火池对工件进行淬火;（6）清洗机清洗工件上残留的淬火池介质;（7）回火炉对工件进行回火热处理，最后经传送带送入物料箱存放。

2  系统总体结构设计

选用STM32F407[5]芯片作为主控芯片，结合Wi-Fi模块，手机连上Wi-Fi模块的热点以后，手机APP发出启动加热指令。单片机接收到信号，通过PID算法控制加热电阻的加热，当加热完成时通过GSM模块发出短信通知到手机上。总体结构如图2所示。

3 控制程序设计

3.1 总体控制程序设计

采用结构化编程方法并利用库函数进行控制程序的编写。根据工艺要求，总体控制程序流程如图3所示。

3.2 Wi-Fi模块程序设计

本文選用ESP8266[6-8]为Wi-Fi模块，通过串口初始化库函数USART_Init（）以结构体变量设置相关参数，波特率9600，数据位8位，无奇偶校验，停止位设置成1位。

Wi-Fi模块需要接收手机APP发出的开启信号数据，Wi-Fi模块接收到这个数据并进入中断，执行中断程序。这个接收程序在串口3中断程序中，将接收到的数据存储在“rxpuf[ny]”数组中。从APP中发出的数据开头是“+IPD，”的校验码，先对数组中的前5个位逐位检测，确认是“+IPD，”这5个数据后，再检测数据的第10位是不是开启加热的数据“W”，确认接收到这个数据后，启动加热标志位re flag置1启动加热。程序设计如下：

void USART3_IRQHandler（void）

{

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

{

rxpuf[ny] =USART_ReceiveData（USART3）;//（USART3->DR）; //读取接收数据

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 手机APP界面设计

使用E4A软件里面的控件设计APP界面，所设计手机APP界面运行时如图6。程序如下.

事件 按钮1.被单击（）

客户1.连接服务器（"192.168.1.9"，"5000"， 5000）

结束 事件

如果成功连接到服务器就需要在标签2，即图5中连接状态栏右侧的绿色标签栏中显示文本连接成功，程序如下.

事件 客户1.连接完毕（连接结果 为 逻辑型）

判断 连接结果

分支  真

'     信息框（"提示"，"连接成功"，"确定"）

标签2.标题="连接成功"

时钟1.可用=真

时钟1.时钟周期="5000"

结束 判断

结束 事件

4  调试

所设计的控制板如图4所示，编程实现了远程控制启动加热的功能，整个程序运行正常。通电以后如图5所示。

手机APP连接Wi-Fi模块如图6所示。通过手机APP远程启动加热，加热完成时的短信提示如圖7所示。

参考文献

[1] 王胜，王红心，汤莉莉，等.多控机械臂物联网系统设计[J].科技创新导报，2017，14（27）：10-11.

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[3] 孟新宇.基于STM32的密闭空间PM2.5检测和控制系统设计[D].廊坊：北华航天工业学院，2021.

[4] 赵东升，刘忠富，张笑彤.基于STM32单片机的智能家庭电控系统设计[J].山西电子技术，2021（1）：3-5，7.

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[6] 陈述涵.基于物联网的智能家用风扇控制系统设计[J].科技创新导报，2019，16（28）：145-146.

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[8] 石瑛.基于ZigBee与WiFi深度结合的智能家居系统的研究与设计[D].南京：南京邮电大学，2019.