電容式二維煙箱缺條檢測設計

1．3 下位機系統(tǒng)結構

整個下位機系統(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，主單片機采用P89C51RD2，從單片機采用P89C669，主機與從機之間采用SPI通訊方式，從機與微電容數(shù)字轉換芯片AD7746之間采用I2C通訊方式。

PHILIPS公司51MX內(nèi)核的Flash單片機采用增強型80C51內(nèi)核，最高速度可達40 MHz；Flash代碼存儲器容量從4～96 kB；片內(nèi)擴展RAM：256 B～8 kB；支持6-Clock模式，相同時鐘下速度加倍，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個中斷優(yōu)先級，更好地滿足實時性要求；3個定時器／計數(shù)器，支持PWM，PCA功能，定時器溢出可自動觸發(fā)I／O翻轉，免中斷處理；內(nèi)置看門狗和軟件復位功能；支持ISP／IAP／ICP下載；ALE禁止(降低EMI)；支持掉電喚醒功能(低功耗應用)；高可靠性的OTP存儲器，應用于各種苛刻場合；具有CAN，I2C，SPI，ADC等多種功能模塊。

整機系統(tǒng)工作流程，首次使用檢測系統(tǒng)前，管理人員需要登錄進上位機管理平臺采集未缺條箱煙的標準電容值和不同位置出現(xiàn)缺條時對應電容特征值，并測量多次，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，主單片機將其存入到腳ROM存儲器中，作為判斷箱煙是否缺條的參數(shù)。

系統(tǒng)工作時，當煙箱剛進入檢測區(qū)域時，初始位置檢測開關將輸出信號給主單片機啟動系統(tǒng)，主單片機將通過SPI口依次通知各從機完成對AD7746的初始化，等待采集數(shù)據(jù)。當煙箱的前一半完全進入到檢測區(qū)域時，前半箱位置檢測開關將輸出信號給主單片機，主單片機輸出信號給步進電機，通過執(zhí)行機構阻擋該煙箱前進，從機馬上采集數(shù)據(jù)；采集完成后將數(shù)據(jù)依次發(fā)給主單片機。當后半箱煙進入檢測區(qū)域時，接著采集后半箱的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后，主單片機將通過算法計算，判斷該煙箱是否存在缺條。如果檢測出缺條煙箱，則發(fā)信號給執(zhí)行機構剔除此煙箱，并將缺條位置信息上傳給上位機。煙箱缺條判斷，剔除信號輸出，也可由上位機來完成，以提供更加靈活、可靠的缺條判斷算法。

1．4 電容數(shù)據(jù)采集單元電路的設計

電路設計原理圖如圖5所示，電容傳感器一側的極板經(jīng)SMA屏蔽線接到AD7746的EXCA端，另一側極板接到CINl+端，實現(xiàn)對電容的采樣。由于環(huán)境溫度的不同，需要對AD7746進行溫度補償，選用RTD接到VIN-和VIN+兩端；AD7746的SCL、SDA分別與從單片機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與單片機的P3．2(／INT0)口相連，當數(shù)據(jù)轉換完成后，單片機進入中斷服務子程序，進行數(shù)據(jù)處理，從而實現(xiàn)對AD7746的控制。

2 測量結果

圖6給出了5x5煙箱中對應的10個電容傳感器在未缺條以及不同位置出現(xiàn)缺條時的測量值，其中ABCDE對應5個列位置測量值，12345對應5個行位置測量值，其中帶灰色底紋的數(shù)據(jù)為相應位置缺失煙條時二維變化數(shù)據(jù)；從圖中可以看出，當出現(xiàn)缺條時，對應的行數(shù)據(jù)和列數(shù)據(jù)都會有明顯的變化；其中列數(shù)據(jù)變化幅度(0．15～0．21pF)遠大于列測量誤差0.03pF，分辨率達到23％，行數(shù)據(jù)變化幅度(0．009～0．013pF)遠大于行測量誤差0．002pF，因此通過二維數(shù)據(jù)檢測，系統(tǒng)能可靠地識別出煙條缺失情況，并且能判斷出缺失的位置。

3 結束語

基于二維電容傳感器陣列的煙箱缺條檢測系統(tǒng)結構簡單，能確定煙條缺失位置，顯示缺條圖樣，大幅提高了檢測的可信度，同時成本低，不存在輻射危險，適合于卷煙生產(chǎn)質量控制或煙草物流監(jiān)控等領域。有效地杜絕了缺條煙箱流入市場，造成卷煙廠家、經(jīng)銷商和消費者之間不必要的經(jīng)濟法律糾紛，甚至嚴重影響企業(yè)聲譽的事件發(fā)生，具有廣闊的應用前景。