CN110220368A - 一种智能烘箱及其控制系统 - Google Patents

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沈建增
陆海兰
王海
周冬萍
马登辉
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Abstract

本发明提供的一种智能烘箱及其控制系统,包括外壳;所述外壳整体为封闭箱体,在外壳侧面设置有开口和控制部件,开口处安装有箱门,所述外壳内设置有隔热层,隔热层在外壳内围成一个腔体结构,隔热层的内壁上安装有发热管和温度传感器,隔热层的底部安装有托盘,托盘的下端安装有称重传感器可在仪表上设置物料的重量降低或重量变化率的阈值,实时监控物料的重量变化情况,能够实现全智能地将物料烘干至预期的干燥程度,通过远程WiFi控制模块,可在手机APP上实现对烘箱监控、查看工作状态。

Description

一种智能烘箱及其控制系统
技术领域
本发明涉及一种智能烘箱及其控制系统。
背景技术
烘箱是一种在日常生产和生活中用途十分广泛的设备,烘箱外壳与工作室之间填充硅酸铝纤维等隔热防火材料,加热器安装底部,也可安置顶部或两侧一般通过电加热使箱体内温度升高,使放置于箱内物体的水分快速蒸发,辅以鼓风等措施达到快速烘干的目的。当前常用的烘箱类型很多,不同厂家生产的不同型号的烘箱各自有其特点,但烘箱一般都具有能够温度调节控制和鼓风的功能,温度调节是根据实际需要自行调节,不同型号烘箱能够调节的温度范围不尽相同,烘箱的鼓风功能是能够加速蒸发水分快速排出加速物料烘干。为使烘箱使用更加安全高效便捷,各厂家和学者对烘箱的功能进行不断升级改进,比如增加了智能定时、智能控温、报警功能等,为了物料均匀烘干还设置有托盘旋转等功能,如北京东南风科技有限公司生产智能烘干机通过温湿度控制可以实现物料全自动烘干,烘箱性能在不断提升。
通过对各类烘箱的性能分析发现,在使用传统烘箱时主要是凭经验设置烘箱的温度和工作时间,而判断物料是否烘干主要依靠经验或者不断称量物料重量变化进行确定,存在过度烘烤浪费电能以及反复称量物料工作繁琐的问题;某些特殊情况并不需要将物料绝对的烘干,如开展土工试验验时需要将土烘到指定含水率,这是传统烘箱难以实现的;同时,传统烘箱在物料烘干后并完成不能及时向工作人员远程发出提醒信息,需要到现场进行随时跟踪检查烘烤情况,也无法远程控制烘箱的开启或关闭,查看烘箱的工作状况,智能程度有待进一步提高。
目前,常用的烘箱设备主要存在几个技术缺陷:
1.无法通过自动监控物料的质量变化情况判断物料是否烘干到指定的程度,需要人为凭经验设置设备运行温度和时间,或者反复称量进行判断,容易出现过度烘烤造成电能浪费的问题,烘烤物料的工作比较繁琐,难以自动准确控制设备的运行时间。
2.物料烘烤完成后不能及时向工作人员远程发出信息,也无法通过手机远程控制箱的开启和关闭,查看查看烘箱的工作运行情况,需要到设备现场检查才能了解烘箱的运行和物料烘烤情况。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种智能烘箱及其控制系统。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种智能烘箱及其控制系统,包括外壳;所述外壳整体为封闭箱体,在外壳侧面设置有开口和控制部件,开口处安装有箱门,所述外壳内设置有隔热层,隔热层在外壳内围成一个腔体结构,隔热层的内壁上安装有发热管和温度传感器,隔热层的底部安装有托盘,托盘的下端安装有称重传感器。
所述控制部件包括控制面板、控制模块、开关,所述控制面板、控制模块、开关均镶嵌在外壳的表面且在隔热层外,控制面板和开关均与控制模块连接。
所述发热管和温度传感器分别安装在隔热层的两个不同侧壁上且均通过导线穿过隔热层与控制模块连接。
所述外壳和隔热层之间还安装有风机,风机往隔热层内送风。
所述外壳上端还设置有排气孔,排气孔与隔热层的内部贯通。
包括控制模块,所述控制模块的输入端分别与控制面板、开关、称重传感器、温度传感器连接,控制模块的输出端分别与发热管和风机连接;
所述温度传感器检测烘箱内空间的温度值;
所述称重传感器检测托盘上物料的重量值Mn
所述控制面板为触摸屏可设置烘箱的内部温度、运行时间、物料的烘烤干燥度,并显示当前温度、物料重量;
所述控制模块根据控制面板设置的烘箱的内部温度调节发热管的发热度,根据物料的烘烤干燥度自动调节烘箱的运行时间。
所述物料需要烘烤到指定干燥程度时,主要根据物料烘烤前后的重量计算,物料重量降低阀值计算公式为:MJ=M0(W0-W1)/(1+W0)=M0-Mn,在控制仪表上设置MJ值,烘烤开始前自动称量初始重量M0,开始烘烤后称重传感器每一定间隔时间自动称重得到数据Mn,当Mn=M0-MJ时,控制模块控制烘箱停止。
初始重量M0,物料实时重量Mn,重量降低阈值MJ,初始含水率W0,指定的含水率W1
当需将物料烘干时,主要根据相邻两次称量物料的重量变化率计算,重量变化率阈值计算方法为K=(Mn-Mn+1)/Mn,在控制仪表上设置K值,当K=控制面板时,烘箱则自动停止运行。
重量变化率阈值K,物料实时重量Mn,物料再次称重重量Mn+1。
所述控制器2内还设置有WiFi控制模块。
本发明的有益效果在于:提供监控物料预期烘干程度两种模式和计算程序,可在仪表上设置物料的重量降低或重量变化率的阈值,实时监控物料的重量变化情况,能够实现全智能地将物料烘干至预期的干燥程度,通过远程WiFi控制模块,可在手机APP上实现对烘箱监控、查看工作状态;烘箱运行结束后立即向工作人员发出提醒信息,出现超温异常现象时也会发出报警信息。该智能烘箱解决了传统烘箱需要依靠人工凭经验去设置工作时间,而可能出现过度烘烤物料而浪费电能或者没有烘干到预期干燥程度的问题;无需人员频繁去查看或者反复称量物料重量来判断物料是否干燥,有助于减轻工作量提高生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明的结构示意图;
图中:1-控制面板,2-控制模块,3-开关,4-风机,5-托盘,6-称重传感器,7-发热管,8-箱门,9-隔热层,10-外壳,11-排气孔,12-温度传感器。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
一种智能烘箱及其控制系统,包括外壳10;所述外壳10整体为封闭箱体,在外壳10侧面设置有开口和控制部件,开口处安装有箱门8,所述外壳10内设置有隔热层9,隔热层9在外壳10内围成一个腔体结构,隔热层9的内壁上安装有发热管7和温度传感器12,隔热层9的底部安装有托盘5,托盘5的下端安装有称重传感器6。
所述控制部件包括控制面板1、控制模块2、开关3,所述控制面板1、控制模块2、开关3均镶嵌在外壳10的表面且在隔热层9外,控制面板1和开关3均与控制模块2连接。
所述发热管7和温度传感器12分别安装在隔热层9的两个不同侧壁上且均通过导线穿过隔热层9与控制模块2连接。
所述外壳10和隔热层9之间还安装有风机4,风机4往隔热层9内送风。
所述外壳10上端还设置有排气孔11,排气孔11与隔热层9的内部贯通。
包括控制模块2,所述控制模块2的输入端分别与控制面板1、开关3、称重传感器6、温度传感器12连接,控制模块2的输出端分别与发热管7和风机4连接;
所述温度传感器检测烘箱内空间的温度值;
所述称重传感器检测托盘5上物料的重量值Mn
所述控制面板1为触摸屏可设置烘箱的内部温度、运行时间、物料的烘烤干燥度,并显示当前温度、物料重量;
所述控制模块2根据控制面板1设置的烘箱的内部温度调节发热管7的发热度,根据物料的烘烤干燥度调节烘箱的运行时间。
所述物料需要烘烤到指定干燥程度时,主要根据物料烘烤前后的重量计算,物料重量降低阀值计算公式为:MJ=M0(W0-W1)/(1+W0)=M0-Mn,在控制仪表上设置MJ值,烘烤开始前自动称量初始重量M0,开始烘烤后称重传感器每一定间隔时间自动称重得到数据Mn,当Mn=M0-MJ时,控制模块控制烘箱停止。
初始重量M0,物料实时重量Mn,重量降低阈值MJ,初始含水率W0,指定的含水率W1
当需将物料烘干时,主要根据相邻两次称量物料的重量变化率计算,重量变化率阈值计算方法为K=(Mn-Mn+1)/Mn,在控制仪表上设置K值,当K=控制面板时,烘箱则自动停止运行。
重量变化率阈值K,物料实时重量Mn,物料再次称重重量Mn+1。
所述控制器2内还设置有WiFi控制模块。
在本发明中主要部件为:
1、烘箱箱体:是烘箱的主体结构,与传统烘箱的结构相似,主要包括外壳、内胆、开关、隔热层、箱门、发热管、鼓风机、温度传感器等部件。
2、智能控制屏:是设备运行控制核心部件,可设置烘箱的内部温度、运行时间、重量变化阈值等参数,并显示当前温度、物料重量等数值。打开电源开关,将物料放置烘箱内前先在仪表上对托盘和容器进行清零;放入物料后设置内部温度,根据干燥程度的要求设置重量降低值或者重量变化率的阈值;打开加热开关和鼓风开关,设备则进入运行状态。
3、物料称量系统:是设备关键部位,称量系统主要有耐高温称重传感器、托盘、数字传输线等组成,将托盘安装于称重传感器上,通过信号转换在仪表上显示的重量值,在控制仪表上可对托盘和容器的皮重清零;放入物料后仪器记录初始重量M0,随着不断烘烤物料水分蒸发物重降低,每间隔一定时间仪器自动称量记录物料重量Mn,称量时鼓风机提前自动关闭,以消除空气对流对称量精度的影响。通过物料重量变化控制烘干时间有两种方式:
(1)通过设置重量降低值阈值进行控制,用于预先测定了物料的初始含水率W0,欲将物料烘干到指定的含水率W1的情况,如土工击实试验中采用湿土法制备试样;重量降低阈值计算式为MJ=M0(W0-W1)/(1+W0)=M0-Mn,只要在控制仪表上设置MJ,当设备自动称量(间隔1分钟左右)得到数据Mn,Mn=M0-MJ时,烘箱则自动停止运行。
(2)通过设置重量变化率阈值进行控制,用于尽可能将物料烘干的情况,这种情况是最常用常见,重量变化率阈值计算方法为K=(Mn-Mn+1)/Mn,在控制仪表上设置K值,当设备连续称量(间隔半小时左右)前后两次重量的变化率几乎为零时,表明物料已被烘干,烘箱则自动停止运行。
4、手机APP远程WiFi控制模块,该模块由STM32F103系列单片机作为主控,用SIM800L作为GPRS模块,与智能仪表、电源开关、加热开关、鼓风机开关进行连接,可在具有WiFi环境连接网络,由手机APP控制;可实现以下几个功能:(1)在手机APP上可以远程控制烘箱的开启和关闭,设置温度、时间、重量变化阈值等操作。(2)查看烘箱的运行情况,可通过APP查看烘箱内的温度、物料实时重量、是否正在加热鼓风等信息。(3)提醒功能:当烘箱运行结束时,立即向手机发出提醒信息,及时提醒工作人员物料已烘干到预期程度;当烘箱内部温度过高时也会向手机发出报警信息。
1.提出了通过根据物料的重量变化情况来自动控制烘箱运行的方法,提出两种控制方式下相关重量变化阈值的计算方法和实现思路,并可实现将物料准确烘烤到指定干燥程度,克服传统烘箱仅凭经验或者湿度来设定加热运行时间的弊端。
2.为烘箱加一套智能重物称量系统,间隔一定时间称量物料的重量,根据物料烘烤过程的重量变化情况自动计算出相应的数值,当达到预先设定的重量降低值或变化率阈值时,设备则停止运行,达到了精确智能控制设备运行时间,有效避免过度加热造成电能浪费的现象发生;无需人员频繁去称量物料判断是否达到预期干燥程度,大幅度提高工作效率。
3.远程控制和提醒功能,通过远程WiFi控制模块,在手机APP上可以实现(1)远程控制烘箱的开启和关闭,设置温度、时间、重量变化阈值等操作。(2)查看烘箱内的温度、物料实时重量、是否正在加热鼓风等信息。(3)当烘箱运行结束时,立即向手机发出提醒信息,及时提醒工作人员物料已烘干到预期程度;当烘箱内部温度过高时也会向手机发出报警信息。

Claims (9)

1.一种智能烘箱,包括外壳(10),其特征在于:所述外壳(10)整体为封闭箱体,在外壳(10)侧面设置有开口和控制部件,开口处安装有箱门(8),所述外壳(10)内设置有隔热层(9),隔热层(9)在外壳(10)内围成一个腔体结构,隔热层(9)的内壁上安装有发热管(7)和温度传感器(12),隔热层(9)的底部安装有托盘(5),托盘(5)的下端安装有称重传感器(6)。
2.如权利要求1所述的智能烘箱,其特征在于:所述控制部件包括控制面板(1)、控制模块(2)、开关(3),所述控制面板(1)、控制模块(2)、开关(3)均镶嵌在外壳(10)的表面且在隔热层(9)外,控制面板(1)和开关(3)均与控制模块(2)连接。
3.如权利要求1所述的智能烘箱,其特征在于:所述发热管(7)和温度传感器(12)分别安装在隔热层(9)的两个不同侧壁上且均通过导线穿过隔热层(9)与控制模块(2)连接。
4.如权利要求1所述的智能烘箱,其特征在于:所述外壳(10)和隔热层(9)之间还安装有风机(4),风机(4)往隔热层(9)内送风。
5.如权利要求1所述的智能烘箱,其特征在于:所述外壳(10)上端还设置有排气孔(11),排气孔(11)与隔热层(9)的内部贯通。
6.一种智能烘箱控制系统,其特征在于:包括控制模块(2),所述控制模块(2)的输入端分别与控制面板(1)、开关(3)、称重传感器(6)、温度传感器(12)连接,控制模块(2)的输出端分别与发热管(7)和风机(4)连接;
所述温度传感器检测烘箱内空间的温度值;
所述称重传感器检测托盘(5)上物料的重量值Mn;
所述控制面板(1)为触摸屏可设置烘箱的内部温度、运行时间、物料的烘烤干燥度,并显示当前温度、物料重量;
所述控制模块(2)根据控制面板(1)设置的烘箱的内部温度调节发热管(7)的发热度,根据物料的烘烤干燥度调节烘箱的运行时间。
7.如权利要求6所述的智能烘箱控制系统,其特征在于:所述物料的烘烤干燥度根据物料烘烤前后的重量计算,物料重量降低阀值计算公式为:MJ=M0(W0-W1)/(1+W0)=M0-Mn,通过设称重传感器得到数据Mn,当Mn=M0-MJ时,控制模块(2)控制烘箱停止
初始重量M0,物料实时重量Mn,重量降低阈值MJ,初始含水率W0,指定的含水率W1
8.如权利要求6所述的智能烘箱控制系统,其特征在于:需将物料烘干时重量变化率阈值计算方法为K=(Mn-Mn+1)/Mn,在控制仪表上设置K值,当K=控制面板(1)时,烘箱则自动停止运行,
重量变化率阈值K,物料实时重量Mn,物料再次称重重量Mn+1
9.如权利要求6所述的智能烘箱控制系统,其特征在于:所述控制器(2)内还设置有WiFi控制模块。
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