朱琳

摘 要：高等職業(yè)教育中，電類實驗室眾多，傳統(tǒng)電類實驗室設備管理往往更注重用電安全，但電類實訓室中仍存在大功率電熱類實訓設備。利用物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式相關技術，對已有電類大功率電熱類實驗設備加裝簡易溫度監(jiān)測設備，并通過網(wǎng)絡傳輸溫度數(shù)據(jù)，實施遠程監(jiān)控，可以提高管理效率，確保實訓室安全管理水平，更適應開放式實驗室等現(xiàn)代實踐能力培養(yǎng)新模式。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；溫度傳感；波峰焊爐；遠程監(jiān)控；回流焊爐

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.35.094

1 需要解決的問題

由于電子信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟重要組成部分，是國家中國制造2025戰(zhàn)略規(guī)劃的重點內(nèi)涵之一。目前高職院校中大量開設了電子信息類專業(yè)或是相關課程。隨著電子工藝、表面安裝技術等電子產(chǎn)品制造類實踐項目的廣泛開設，相關實驗設備的安全管理成為不容忽視的問題。

波峰焊爐，回流焊爐是典型電熱類設備。具有功率大，加工速度快等優(yōu)點，在工業(yè)中得到了廣泛應用。典型電子產(chǎn)品焊接生產(chǎn)車間都要求配備恒溫空調(diào)設備，工作場所空間大，通風換氣良好，操作人員隨時看護，所以一般不會出現(xiàn)溫度相關安全問題，即使有少量不良癥候，也會即使發(fā)現(xiàn)并處理。但在教學實踐環(huán)境中，由于設備升溫降溫慢，發(fā)熱量大，往往需要占用大量時間。例如典型工業(yè)用波峰焊爐，爐內(nèi)焊錫從凝固到完全融化形成波峰往往需要三個小時的時間，而當關閉時也需要一個小時以上才能降溫到相對安全的溫度。

傳統(tǒng)電類實驗室安全管理往往注重用電安全。當實踐結束，設備拉閘斷電后管理人員就能封閉實訓區(qū)域，進入下一個實踐場所教學?？苫亓骱笭t等大型發(fā)熱設備，升溫期就需要進行巡視。即使斷電后，散熱扔在繼續(xù)。如果現(xiàn)場散熱能力不良，斷電后風扇換氣設備不能使用，導致積熱過高可能損壞設備內(nèi)部器件，加快部件老化，甚至會誘發(fā)火災等險情。如果采取現(xiàn)場專人全程看護的方法，一般院校難以保障足夠的人力。

由于目前實踐教學模式改革仍在加快，開放式實訓室等新模式對實驗室管理提出了更高要求。如何解決大型電熱類設備安全，杜絕高溫損傷，排除火災隱患成了一個需要解決的現(xiàn)實問題。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，實訓樓整體建設大型物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對所有設備進行信息化管理是解決問題的根本辦法。但此方法投資大，建設周期長，并非所有院校都能具備相關條件。在不具備近期實施物聯(lián)網(wǎng)改造的實訓室，可以采用在設備外壁加裝簡易溫度檢測系統(tǒng)，進行遠程監(jiān)控。

如果有一種成本相對低廉，安裝簡單，能獨立接入網(wǎng)絡的溫度監(jiān)控設備。就能實現(xiàn)遠程的溫度監(jiān)控。無論是實驗員還是實驗管理部門都能實時掌握設備溫度狀況，而無需安排專人現(xiàn)場監(jiān)視。

在此指導思想下，以嵌入式平臺為基礎設計一個以電池供電的簡易的檢測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)用溫度傳感器測量溫度后，通過wifi發(fā)送至網(wǎng)絡，而實驗管理人員通過網(wǎng)絡訪問監(jiān)控數(shù)據(jù)。

2 實踐系統(tǒng)組成

本簡易溫度檢測系統(tǒng)基于STM32嵌入式系統(tǒng)設計，采用基于MAX31865的溫度檢測模塊作為溫度傳感器，采樣檢測數(shù)據(jù)通過ESP8266模塊連接無線網(wǎng)絡視線，同時主控模塊上提供一個OLED2.4寸液晶屏實時顯示溫度，以便現(xiàn)場目視檢測。

嵌入式系統(tǒng)模塊：采用STM32F103系列嵌入式芯片作為MCU，STM32F103是意法半導體公司提供的嵌入式芯片，具有優(yōu)秀32位的實時計算性能，同時擁有豐富的外圍接口方便連接各類外設。在提供優(yōu)秀計算性能同時，STM32F103平臺具備優(yōu)秀的功耗控制，適合低功耗場合。本設計在通電時使用外電源供電并對電池充電，當實驗室斷電后使用電池供電，記錄溫度數(shù)據(jù)，當設備溫度降到安全溫度以下時，自動斷電關閉以節(jié)約電池。所以低功耗的STM32F103非常適合用于本設計中。

溫度檢測模塊：采用基于熱電偶進行直接測量，傳感器的電阻參數(shù)變化帶來的電壓波動通過MAX31865放大器進行放大，MAX31865放大器可自動調(diào)整并設置補償電阻，溫度測量輸出的穩(wěn)定性與準確度更高。同時該芯片支持3.3V供電，適應整個系統(tǒng)的低功耗設計。MAX31865的輸出信號通過SPI總線讀入STM32MCU。經(jīng)過STM32自帶AD轉換，由程序算法計算為當前設備外殼溫度。

網(wǎng)絡連接模塊：采用ESP8266WIFI無線模塊作為。ESP8266是專為WIFI應用設計的SOC?；贓SP8266的無線連接模塊提供了與WIFI網(wǎng)絡通信的完整解決方案。MCU通過串口總線與ESP8266連接，進行WIFI網(wǎng)絡下的數(shù)據(jù)開發(fā)。由于ESP8266封裝好了典型網(wǎng)絡通信API程序，軟件通信功能開發(fā)比較方便。

供電模塊：當設備有電時，由3.3V直流穩(wěn)壓器提供直接供電。當實驗室斷電時，由18650電池供電。電池電壓通過穩(wěn)壓模塊形成3.3V供電電壓。當溫度模塊測量溫度穩(wěn)定降到安全值以下一分鐘后，MCU控制繼電器斷開，整個系統(tǒng)自動斷電關閉。

現(xiàn)場監(jiān)視模塊：為了方便現(xiàn)場人員觀察，STM32系統(tǒng)板上提供一個基于SPI接口的OLED液晶輸出。在監(jiān)測模塊開機的狀態(tài)下，按下控制開關后，OLED屏會顯示當前溫度傳感模塊的溫度，方便現(xiàn)場人員目視監(jiān)測。

遠程監(jiān)視系統(tǒng)：實驗室需提供WIFI覆蓋的網(wǎng)絡環(huán)境。實施測量外殼溫度數(shù)據(jù)經(jīng)MCU計算后，通過ESP8266發(fā)送到網(wǎng)上固定IP的服務器上。服務器通過HTML5交互界面將溫度數(shù)據(jù)進行顯示，實驗員通過訪問特定頁面即可監(jiān)視設備溫度。如果校園網(wǎng)不具備提供相關網(wǎng)絡服務。也可以將系統(tǒng)改由局域網(wǎng)訪問。將手機設為WIFI熱點后，手機連接訪問溫度檢測模塊，再由通過WIFI通用測試APP將溫度數(shù)據(jù)讀出。

3 系統(tǒng)擴展性

本設計是在低成本下為沒有物聯(lián)網(wǎng)覆蓋的實驗室實現(xiàn)簡易遠程監(jiān)控功能。實驗室管理人員能在不在場的條件下對電熱類設備的當前溫度進行監(jiān)控。例如實驗員完成本次電熱類設備實驗之后，可離開實驗室進行后續(xù)課程的教學。本系統(tǒng)能將溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器上。實驗員可以在教學間隙，觀察設備溫度，避免事故隱患。

由于成本限制，目前系統(tǒng)功能相對簡單。如果為了提高溫度測量的準確度，可以在設備不同位置，增加傳感器探頭，形成多路測量，讓監(jiān)測結果更加的準確。在無法提供服務器的場合下，本設計可以改為使用WIFI局域網(wǎng)進行通信。如果有需要，可以編寫專門的APP程序，提供更直觀的界面并增加自動報警之類的拓展功能。

4 結論

物聯(lián)網(wǎng)技術給日常工作生活帶來了革命性的變化。使用嵌入式技術設計建立簡單的監(jiān)控系統(tǒng)，安裝簡單，網(wǎng)絡環(huán)境要求低，能極大解放實驗室管理人員。提高實驗設備的管理效率和安全性。如果繼續(xù)優(yōu)化設計，提供更有效的網(wǎng)絡訪問方式，能更好的實現(xiàn)設計功能。

參考文獻

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