烤箱结构优化与印刷包装车间环境检测系统研究

### 烤箱结构优化与印刷包装车间环境检测系统研究 #### 1. 烤箱结构优化与模拟分析 在烤箱结构优化方面，主要对烤箱的局部结构进行了优化。具体操作如下： - **添加空气均衡板**：在烤箱进气口添加空气均衡板，有助于使进入烤箱的空气分布更均匀。 - **调整空气喷嘴开口大小**：根据烤箱内风场状态，将不同位置的空气喷嘴开口调整为不同宽度，以实现风场均匀。 - **出口位置倒角（导流）**：对烤箱出口位置进行倒角处理，起到导流作用。 优化前后的对比分析从以下几个方面展开： - **喷嘴入口风速**：对比优化前后的图像和数值分析可知，优化后3号和4号喷嘴的入口速度降低，1号和6号喷嘴的入口速度增加，2号和5号喷嘴无明显变化。优化后的图像颜色更均匀，说明速度均匀性大大提高。优化前的平均速度曲线波动大，中间高两端低，最高点和最低点差值大；优化后曲线值保持在约3 m/s，更平滑稳定，表明烤箱内整个空气喷嘴入口的速度均匀性显著改善。 - **喷嘴出口风速**：同样，优化后3号和4号喷嘴的入口速度降低，1号和6号喷嘴的入口速度增加，2号和5号喷嘴无明显变化。优化后的云图颜色更均匀，速度均匀性提升。数值分析显示，优化后空气喷嘴的出口速度曲线趋于稳定，最终六个空气喷嘴的出口速度维持在约22.5 m/s，速度适中且均匀性良好。 - **基材表面风速**：添加空气分配器并调整空气喷嘴角度后，基材表面均匀性明显改善。不同区域的速度都维持在约21 m/s，基材表面的横向均匀性显著提高。 为了验证优化烤箱分析结论的正确性，根据优化后的烤箱三维模型，缩小尺寸搭建了小型烤箱实验装置。使用风速仪测量空气喷嘴出口和基材表面的速度分布，通过风速实验收集研究位置的数据。将实验测量的速度值与理论提取的速度值进行对比分析，总结实验数据分布规律，验证了优化烤箱结构后基材表面热空气速度的均匀性得到了极大改善，实验速度场的分布规律与数值模拟一致。 #### 2. 基于NB - IOT 4GCAT1的印刷包装车间环境检测系统 印刷包装车间对温度、湿度和VOC气体浓度有严格要求，传统基于PLC技术的监测产品成本高且难以普及。因此，开发了基于NB - IoT技术的低功耗环境监测系统。 ##### 2.1 系统整体设计 - **系统组成**：该系统主要包括系统电源、MCU电路、通信电路、SIM卡电路、温度传感器电路、湿度传感器电路、光离子化探测器电路、电池电量检测电路、云服务单元和电源系统等模块。通过这些电路组合和软件设计，实现了以下功能： - 实时监测温度、湿度和VOC气体浓度，并进行异常报警。 - 支持TCP/MQTT/COAP等物联网协议的数据传输。 - 系统具备自动唤醒和睡眠功能，自动唤醒上传数据。 - **测量原理**： - **温湿度测量原理**：采用DHT11集成式湿温度数字传感器，由电阻式湿度测量元件和NTC温度测量元件连接到高性能8位微控制器组成。通过简单的单总线与微控制器通信，只需一个I/O端口。传感器内部的湿度和温度数据以40位一次性传输到微控制器，并进行校验和以确保数据传输的准确性。 - **VOC气体测量原理**：使用PID - TECH光离子化检测方法检测VOC气体。以紫外灯为能源，使进入光离子化气体传感器的气体离子化。被照射的VOC气体离子化为相应的离子和电子，经过内部电极产生的电场，电子向信号电极移动，离子向连接高压直流源的极化电极移动，移动过程中形成电流，经后续放大器放大后，输出的模拟信号即为进入VOC气体的浓度。 ##### 2.2 电路设计 - **系统电源电路**：使用RT9013 - 33GB型号稳压器设计降压电路，将锂电池接入电压转换为稳定的3.3 V电压为传感器供电。 - **MCU电路**：核心处理器采用ATMEGA328P - AU，具有RISC架构，时钟频率为20 MHz，电源电压输入范围为1.8~5.5 V，其内部8通道模数转换输入适合检测温度、湿度和VOC浓度。 - **通信电路**： - **通信模块电路**：NB - IOT模块采用BC25型号，单电源供电，范围为3.0 - 4.3 V。操作简单，只需设置要上传的服务器地址和端口号，即可