電容式二維煙箱缺條檢測(cè)設(shè)計(jì)

1．3 下位機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)如圖4所示，微控制器采用飛利浦公司51MX內(nèi)核的Flash單片機(jī)，主單片機(jī)采用P89C51RD2，從單片機(jī)采用P89C669，主機(jī)與從機(jī)之間采用SPI通訊方式，從機(jī)與微電容數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片AD7746之間采用I2C通訊方式。

PHILIPS公司51MX內(nèi)核的Flash單片機(jī)采用增強(qiáng)型80C51內(nèi)核，最高速度可達(dá)40 MHz；Flash代碼存儲(chǔ)器容量從4～96 kB；片內(nèi)擴(kuò)展RAM：256 B～8 kB；支持6-Clock模式，相同時(shí)鐘下速度加倍，或者相同速度下獲得更低功耗和降低EMI；雙DPTR，有效加快吞吐速度；4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，更好地滿足實(shí)時(shí)性要求；3個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，支持PWM，PCA功能，定時(shí)器溢出可自動(dòng)觸發(fā)I／O翻轉(zhuǎn)，免中斷處理；內(nèi)置看門狗和軟件復(fù)位功能；支持ISP／IAP／ICP下載；ALE禁止(降低EMI)；支持掉電喚醒功能(低功耗應(yīng)用)；高可靠性的OTP存儲(chǔ)器，應(yīng)用于各種苛刻場(chǎng)合；具有CAN，I2C，SPI，ADC等多種功能模塊。

整機(jī)系統(tǒng)工作流程，首次使用檢測(cè)系統(tǒng)前，管理人員需要登錄進(jìn)上位機(jī)管理平臺(tái)采集未缺條箱煙的標(biāo)準(zhǔn)電容值和不同位置出現(xiàn)缺條時(shí)對(duì)應(yīng)電容特征值，并測(cè)量多次，求取平均值，減小采集誤差；然后將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給主單片機(jī)，主單片機(jī)將其存入到腳ROM存儲(chǔ)器中，作為判斷箱煙是否缺條的參數(shù)。

系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)煙箱剛進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，初始位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)將輸出信號(hào)給主單片機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)，主單片機(jī)將通過(guò)SPI口依次通知各從機(jī)完成對(duì)AD7746的初始化，等待采集數(shù)據(jù)。當(dāng)煙箱的前一半完全進(jìn)入到檢測(cè)區(qū)域時(shí)，前半箱位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)將輸出信號(hào)給主單片機(jī)，主單片機(jī)輸出信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻擋該煙箱前進(jìn)，從機(jī)馬上采集數(shù)據(jù)；采集完成后將數(shù)據(jù)依次發(fā)給主單片機(jī)。當(dāng)后半箱煙進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域時(shí)，接著采集后半箱的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后，主單片機(jī)將通過(guò)算法計(jì)算，判斷該煙箱是否存在缺條。如果檢測(cè)出缺條煙箱，則發(fā)信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)剔除此煙箱，并將缺條位置信息上傳給上位機(jī)。煙箱缺條判斷，剔除信號(hào)輸出，也可由上位機(jī)來(lái)完成，以提供更加靈活、可靠的缺條判斷算法。

1．4 電容數(shù)據(jù)采集單元電路的設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)原理圖如圖5所示，電容傳感器一側(cè)的極板經(jīng)SMA屏蔽線接到AD7746的EXCA端，另一側(cè)極板接到CINl+端，實(shí)現(xiàn)對(duì)電容的采樣。由于環(huán)境溫度的不同，需要對(duì)AD7746進(jìn)行溫度補(bǔ)償，選用RTD接到VIN-和VIN+兩端；AD7746的SCL、SDA分別與從單片機(jī)P89C669的P1．6和P1．7口相連；其中P1．6和P1．7口可以配置成I2C數(shù)字接口，AD7746的／RDY與單片機(jī)的P3．2(／INT0)口相連，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)AD7746的控制。

2 測(cè)量結(jié)果

圖6給出了5x5煙箱中對(duì)應(yīng)的10個(gè)電容傳感器在未缺條以及不同位置出現(xiàn)缺條時(shí)的測(cè)量值，其中ABCDE對(duì)應(yīng)5個(gè)列位置測(cè)量值，12345對(duì)應(yīng)5個(gè)行位置測(cè)量值，其中帶灰色底紋的數(shù)據(jù)為相應(yīng)位置缺失煙條時(shí)二維變化數(shù)據(jù)；從圖中可以看出，當(dāng)出現(xiàn)缺條時(shí)，對(duì)應(yīng)的行數(shù)據(jù)和列數(shù)據(jù)都會(huì)有明顯的變化；其中列數(shù)據(jù)變化幅度(0．15～0．21pF)遠(yuǎn)大于列測(cè)量誤差0.03pF，分辨率達(dá)到23％，行數(shù)據(jù)變化幅度(0．009～0．013pF)遠(yuǎn)大于行測(cè)量誤差0．002pF，因此通過(guò)二維數(shù)據(jù)檢測(cè)，系統(tǒng)能可靠地識(shí)別出煙條缺失情況，并且能判斷出缺失的位置。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于二維電容傳感器陣列的煙箱缺條檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能確定煙條缺失位置，顯示缺條圖樣，大幅提高了檢測(cè)的可信度，同時(shí)成本低，不存在輻射危險(xiǎn)，適合于卷煙生產(chǎn)質(zhì)量控制或煙草物流監(jiān)控等領(lǐng)域。有效地杜絕了缺條煙箱流入市場(chǎng)，造成卷煙廠家、經(jīng)銷商和消費(fèi)者之間不必要的經(jīng)濟(jì)法律糾紛，甚至嚴(yán)重影響企業(yè)聲譽(yù)的事件發(fā)生，具有廣闊的應(yīng)用前景。