刘 莉，邢 华

(燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛066004)

0 引 言

对于瓦楞原纸的生产过程而言，温度是影响瓦楞纸质量的一个至关重要的因素。原纸在进入单面机形成瓦楞之前，需要对原纸温度加热到一定的温度，进入单面机的原纸最好能有70～90 ℃，这样能生产出高质量的瓦楞纸。如果原纸的温度过高，原纸的水分会大幅度失去，轻者或发生断纸降低生成效率，或产生碎楞致使产品作废，重者还会因使原纸具有超高的温度而燃烧，引起火灾。而当原纸温度过低达不到需求温度时，纸板将不能良好的粘合，生产出劣质品。为了生产出高质量的瓦楞纸，不浪费材料资源，需要对进入单面机的原纸温度进行监控，随时获悉原纸温度情况，保证生产过程的顺利［1］。

原纸通过烘缸进行加热，周围环境温度较高，长期处在高温环境中，线路和仪器各种设备的耗损会比较大，并且高温也会对其工作性能产生负面影响。无线传感器网络技术是当今的前沿技术，而且发展的越来越成熟，在工业生产当中的应用也越来越广泛［2］，尤其是在监控系统中，其具有微型化、容错性、高灵活性、节省布线等优点［3，4］。本文设计了基于无线温度传感器的原纸温度监控系统，实现对原纸温度的实时监控。

1 系统工作原理

系统设计采用CC2530 芯片，数据采集模块为红外温度传感器，通过放大电路与CC2530 的A/D 转换口连接，此外还有电源模块和复位电路模块。CC2530 具有无线通信功能，能收发无线信号，通过串行通信接口连接本地控制PLC，最后温度数据传送到监控计算机。系统工作原理如图1 所示。

2 系统硬件设计

2.1 外围电路

图1 系统工作原理图Fig 1 Working principle diagram of system

本系统选用的CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内具有128 kB可编程闪存，8 kBRAM等功能。2 个USART，可支持多种串行通信协议，有12 位分辨率的可配置的A/D 转换器和8 路输入，21 个通用GPIO 口［5，6］。CC2530 能根据需要切换不同的运行模式，具备低能耗、较强的抗干扰性、较好的接收信号能力的优点。该芯片具有完全集成的压控振荡器，只需要天线、16 MHz 晶体等非常少的外围电路就可以工作。外围电路如图2 所示。

图2 外围电路Fig 2 Peripheral circuit

其中，20 引脚所接电路为复位电路，如图3 所示。

图3 复位电路Fig 3 Reset circuit

2.2 电源模块

电源电路如图4 所示，采用AMS1117—3.3 芯片将常见的5 V 电源转换为3.3 V 为电路供电。AMS1117 是一个正向低压降稳压器，内部集成过热保护和限流电路，有固定输出版本和可调版本，此处采用的是固定输出3.3V 的版本，电路接线非常简单。

图4 电源电路Fig 4 Power circuit

2.3 传感器模块

监控系统具有瓦楞原纸运动速度快，环境温度高、灰尘多等特点，采用接触式测温传感器，触碰纸张会引起纸张变形损坏等后果，因此，在此监控系统中采用了具有非接触式测温功能的红外温度传感器SMTIR9902SIL，能够不破坏测温现场，响应速度快，非常适合运动着的原纸温度的监测。

SMTIR9902SIL 红外温度传感器是热点堆型红外传感器，具有高精度、高敏感度、低阻抗等特点，有非常好的信噪比，响应时间小于40 ms，可达到0.5%的精度。红外温度传感器和放大电路如图5 所示。

图5 传感器和放大电路Fig 5 Sensor and amplifying circuit

其中用到了AMS1117—ADJ 芯片，输出电压可调版本，输出电压的计算公式如下

其中，VREF=1.25 V，IAQDJ=60 μA。

根据计算公式，为得到2 V 的输出电压，取R3=820 Ω，R4=470 Ω。

2.4 串行通信接口电路

串行通信接口实现单片机与本地控制PLC 的连接，如图6 所示。采用SP3232 芯片，串口采用常用的RS—232 接口，RS—232 有9 根引脚，实现基本数据的传送，也能用于控制调制解调器。本系统用到的引脚有5 根，分别为RXD，TXD，RTS，CTS 和GND，它们的功能分别为接收数据、发送数据、请求发送、清除发送和信号地。

3 系统软件设计

3.1 传感器节点的软件设计

传感器节点在监测系统中的作用是加入网络、采集温度数据和发送数据。节点上电后，首先进行系统的初始化，包括硬件的初始化和协议栈的初始化。之后请求加入网络，入网成功后，会循环查询是否有事件发生，有温度采集事件发生，则节点进行数据的采集，然后将采集的数据发送出去，直到发送成功为止。程序流程如图7 所示。

图6 串口电路Fig 6 Serial port circuit

图7 传感器节点流程图Fig 7 Flow chart of sensor nodes

3.2 协调器节点的软件设计

协调器节点在监测系统的作用是建立网络、允许子节点的加入、接收数据以及将数据传送到上位机。节点上电后，首先进行的也是系统的初始化，即硬件的初始化和协议栈的初始化。之后建立网络，建网成功后，同意请求的子节点加入网络，接收数据，直到数据接收成功，将其打包传送到上位机。程序流程如图8 所示。

4 实验测试

本监测系统借助造纸厂车间进行实验，放置了3 个传感器节点，进行了为期3 天的实验测试。为保证生产出高质量的瓦楞纸，车间原纸温控系统将理想的原纸温度设置为了80 ℃，随机选取了90 min 记录的温度，其曲线图如图9所示。

实验结果表明:该温度监控系统运行稳定，温度指示比较平稳，可以实现生产出高质量瓦楞纸的目标要求。

5 结束语

图8 协调器节点流程图Fig 8 Flow chart of coordinator nodes

图9 温度曲线Fig 9 Temperature curve

本文将无线传感器网络技术应用到了瓦楞原纸温度的监控系统中，实现对原纸温度的监控，保障了生产高质量高效率地进行。通过在生产车间的实验测试，证明了监测系统具有可靠性，能够在生产车间中稳定运行，并且此监测系统具有结构简单、节省布线、测量精度高、功耗低以及成本低廉等优势，无线传感器网络技术应用到生产中将是未来工业的发展趋势。

［1］ 叶建美.基于PLC 的瓦楞原纸模糊PID 温度控制系统的设计与应用［D］.杭州:浙江工业大学，2009.

［2］ 许家栋，张斌珍，王玮冰，等.一种基于无线传感器网络的车间多参数监测系统［J］.传感器与微系统，2013，32(10):96－109.

［3］ 龚发根，汪 炜，秦 拯.基于Zig Bee 无线传感器网络的工业废气监控系统［J］.传感器与微系统，2011，30(1):86－89.

［4］ 安 璐，丁恩杰，李曙俏.基于Zig Bee 的采空区无线温度监测系统［J］.传感器与微系统，2012，31(4):96－98.

［5］ 李新慧，俞阿龙，潘 苗.基于CC2530 的水产养殖监控系统的设计［J］.传感器与微系统，2013，32(3):85－88.

［6］ 刘 慧，王 鸣.基于CC2530 的温度监测系统设计［J］.工业控制计算机，2012，25(4):49－50.