基于FPGA的煙支檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)煙支剔除的自動(dòng)化程度，減少人為干預(yù)量和提高剔除精度，文中給出了采用FPGA硬件編程方法將數(shù)據(jù)采集部件采集到的煙支數(shù)據(jù)經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入FPGA，然后根據(jù)一定的判決算法輸出控制信號(hào)，以用于控制剔除閥動(dòng)作，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)串口讀入上位機(jī)，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)械剔除控制和顯示實(shí)現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：FPGA；煙支檢測(cè)；數(shù)據(jù)處理；問(wèn)題煙；剔除

0 引言
煙支在生產(chǎn)過(guò)程中，由于多種因素的影響，可能會(huì)使成品煙的煙絲填充不均勻，煙支的某節(jié)煙絲過(guò)少或過(guò)多，從而出現(xiàn)空頭煙、超重?zé)?、超輕煙。本系統(tǒng)采用可編程器件控制煙支檢測(cè)，該方法較其他單獨(dú)硬件設(shè)計(jì)具有可重用性高，編程方便，設(shè)計(jì)成本低，開(kāi)發(fā)周期短，控制靈活，剔除率高等優(yōu)點(diǎn)；再者，現(xiàn)在的煙支剔除大部分都是人工挑選，故存在工人工作量大，挑選不干凈等問(wèn)題，而該系統(tǒng)可使問(wèn)題煙的判別、剔除工作自動(dòng)進(jìn)行，可對(duì)問(wèn)題煙進(jìn)行挑選，并能夠剔除問(wèn)題煙。

1 硬件設(shè)計(jì)
煙支檢測(cè)系統(tǒng)是用于檢測(cè)煙支某些參數(shù)(如空頭煙、重量、密度等)的一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般可由數(shù)據(jù)采集(傳感器)部件、數(shù)據(jù)處理部件、數(shù)據(jù)顯示部件、機(jī)械控制部件等幾個(gè)部分構(gòu)成。其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

其中數(shù)據(jù)采集部件是系統(tǒng)與被檢測(cè)參數(shù)最直接接觸的部分，它是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源。后期處理是否跟實(shí)際一致，直接跟它相關(guān)。一般對(duì)應(yīng)不同的物理量，應(yīng)選擇不同的傳感器，如空頭煙檢測(cè)可選擇光電探頭或電容式探頭，重量控制可選擇重量傳感器，密度控制則應(yīng)選擇密度傳感器。
數(shù)據(jù)處理部件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，傳感器采集的數(shù)據(jù)主要送往該部件進(jìn)行處理。它一般可由A／D采樣板，差分傳輸板，F(xiàn)PGA處理主板組成。傳感器一般得到的數(shù)據(jù)是模擬量，故應(yīng)將數(shù)據(jù)送到數(shù)字處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，以將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字量來(lái)進(jìn)行后期處理。為了保證傳輸?shù)恼_性和可靠性，在A／D采樣板送出數(shù)據(jù)到系統(tǒng)主板之間應(yīng)使用雙絞線差分傳輸。系統(tǒng)主板主要是以FPGA為核心的控制板，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理(剔除)算法，并為后面的機(jī)械部分提供控制信號(hào)以及將采集和運(yùn)算數(shù)據(jù)送到顯示器進(jìn)行顯示，從而滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。
數(shù)據(jù)顯示部件也稱為人機(jī)交互接口，該部件是整個(gè)系統(tǒng)的最直觀的表現(xiàn)。它是用戶跟系統(tǒng)進(jìn)行交互的主要部分，用戶可以在其上面選擇一些閾值和處理方法等參數(shù)，也可以控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。同時(shí)，系統(tǒng)再將一些重要數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，使用戶能夠直觀得出該系統(tǒng)的工作狀況等參數(shù)。
機(jī)械控制部件是整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作的執(zhí)行者，因?yàn)橄到y(tǒng)板內(nèi)部都是弱電，不能驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件動(dòng)作，故在其中間需加驅(qū)動(dòng)電路，以使其能夠正常工作。其工作主要是當(dāng)數(shù)據(jù)處理部件根據(jù)一定的判決算法得到某煙為問(wèn)題煙時(shí)，對(duì)這些問(wèn)題煙進(jìn)行剔除。從而使系統(tǒng)能夠自動(dòng)的檢測(cè)出問(wèn)題煙并控制剔除動(dòng)作，減少人工的干預(yù)量，達(dá)到自動(dòng)化的目標(biāo)。