基于FPGA的煙支檢測系統(tǒng)的設計

摘要：為了實現(xiàn)煙支剔除的自動化程度，減少人為干預量和提高剔除精度，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轉換后送入FPGA，然后根據(jù)一定的判決算法輸出控制信號，以用于控制剔除閥動作，同時將數(shù)據(jù)通過計算機串口讀入上位機，以此實現(xiàn)機械剔除控制和顯示實現(xiàn)方法。
關鍵詞：FPGA；煙支檢測；數(shù)據(jù)處理；問題煙；剔除

0 引言
煙支在生產(chǎn)過程中，由于多種因素的影響，可能會使成品煙的煙絲填充不均勻，煙支的某節(jié)煙絲過少或過多，從而出現(xiàn)空頭煙、超重煙、超輕煙。本系統(tǒng)采用可編程器件控制煙支檢測，該方法較其他單獨硬件設計具有可重用性高，編程方便，設計成本低，開發(fā)周期短，控制靈活，剔除率高等優(yōu)點；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，挑選不干凈等問題，而該系統(tǒng)可使問題煙的判別、剔除工作自動進行，可對問題煙進行挑選，并能夠剔除問題煙。

1 硬件設計
煙支檢測系統(tǒng)是用于檢測煙支某些參數(shù)(如空頭煙、重量、密度等)的一個系統(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、機械控制部件等幾個部分構成。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)與被檢測參數(shù)最直接接觸的部分，它是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。后期處理是否跟實際一致，直接跟它相關。一般對應不同的物理量，應選擇不同的傳感器，如空頭煙檢測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，密度控制則應選擇密度傳感器。
數(shù)據(jù)處理部件是整個系統(tǒng)的核心，傳感器采集的數(shù)據(jù)主要送往該部件進行處理。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，故應將數(shù)據(jù)送到數(shù)字處理系統(tǒng)進行處理，以將其轉化成數(shù)字量來進行后期處理。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，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理(剔除)算法，并為后面的機械部分提供控制信號以及將采集和運算數(shù)據(jù)送到顯示器進行顯示，從而滿足系統(tǒng)設計的要求。
數(shù)據(jù)顯示部件也稱為人機交互接口，該部件是整個系統(tǒng)的最直觀的表現(xiàn)。它是用戶跟系統(tǒng)進行交互的主要部分，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)的啟動和停止。同時，系統(tǒng)再將一些重要數(shù)據(jù)顯示出來，使用戶能夠直觀得出該系統(tǒng)的工作狀況等參數(shù)。
機械控制部件是整個系統(tǒng)動作的執(zhí)行者，因為系統(tǒng)板內部都是弱電，不能驅動機械部件動作，故在其中間需加驅動電路，以使其能夠正常工作。其工作主要是當數(shù)據(jù)處理部件根據(jù)一定的判決算法得到某煙為問題煙時，對這些問題煙進行剔除。從而使系統(tǒng)能夠自動的檢測出問題煙并控制剔除動作，減少人工的干預量，達到自動化的目標。