电容式二维烟箱缺条检测设计

1．3 下位机系统结构

整个下位机系统如图4所示，微控制器采用飞利浦公司51MX内核的Flash单片机，主单片机采用P89C51RD2，从单片机采用P89C669，主机与从机之间采用SPI通讯方式，从机与微电容数字转换芯片AD7746之间采用I2C通讯方式。

PHILIPS公司51MX内核的Flash单片机采用增强型80C51内核，最高速度可达40 MHz；Flash代码存储器容量从4～96 kB；片内扩展RAM：256 B～8 kB；支持6-Clock模式，相同时钟下速度加倍，或者相同速度下获得更低功耗和降低EMI；双DPTR，有效加快吞吐速度；4个中断优先级，更好地满足实时性要求；3个定时器／计数器，支持PWM，PCA功能，定时器溢出可自动触发I／O翻转，免中断处理；内置看门狗和软件复位功能；支持ISP／IAP／ICP下载；ALE禁止(降低EMI)；支持掉电唤醒功能(低功耗应用)；高可靠性的OTP存储器，应用于各种苛刻场合；具有CAN，I2C，SPI，ADC等多种功能模块。

整机系统工作流程，首次使用检测系统前，管理人员需要登录进上位机管理平台采集未缺条箱烟的标准电容值和不同位置出现缺条时对应电容特征值，并测量多次，求取平均值，减小采集误差；然后将这些数据发送给主单片机，主单片机将其存入到脚ROM存储器中，作为判断箱烟是否缺条的参数。

系统工作时，当烟箱刚进入检测区域时，初始位置检测开关将输出信号给主单片机启动系统，主单片机将通过SPI口依次通知各从机完成对AD7746的初始化，等待采集数据。当烟箱的前一半完全进入到检测区域时，前半箱位置检测开关将输出信号给主单片机，主单片机输出信号给步进电机，通过执行机构阻挡该烟箱前进，从机马上采集数据；采集完成后将数据依次发给主单片机。当后半箱烟进入检测区域时，接着采集后半箱的数据，数据采集完成后，主单片机将通过算法计算，判断该烟箱是否存在缺条。如果检测出缺条烟箱，则发信号给执行机构剔除此烟箱，并将缺条位置信息上传给上位机。烟箱缺条判断，剔除信号输出，也可由上位机来完成，以提供更加灵活、可靠的缺条判断算法。

1．4 电容数据采集单元电路的设计

电路设计原理图如图5所示，电容传感器一侧的极板经SMA屏蔽线接到AD7746的EXCA端，另一侧极板接到CINl+端，实现对电容的采样。由于环境温度的不同，需要对AD7746进行温度补偿，选用RTD接到VIN-和VIN+两端；AD7746的SCL、SDA分别与从单片机P89C669的P1．6和P1．7口相连；其中P1．6和P1．7口可以配置成I2C数字接口，AD7746的／RDY与单片机的P3．2(／INT0)口相连，当数据转换完成后，单片机进入中断服务子程序，进行数据处理，从而实现对AD7746的控制。

2 测量结果

图6给出了5x5烟箱中对应的10个电容传感器在未缺条以及不同位置出现缺条时的测量值，其中ABCDE对应5个列位置测量值，12345对应5个行位置测量值，其中带灰色底纹的数据为相应位置缺失烟条时二维变化数据；从图中可以看出，当出现缺条时，对应的行数据和列数据都会有明显的变化；其中列数据变化幅度(0．15～0．21pF)远大于列测量误差0.03pF，分辨率达到23％，行数据变化幅度(0．009～0．013pF)远大于行测量误差0．002pF，因此通过二维数据检测，系统能可靠地识别出烟条缺失情况，并且能判断出缺失的位置。

3 结束语

基于二维电容传感器阵列的烟箱缺条检测系统结构简单，能确定烟条缺失位置，显示缺条图样，大幅提高了检测的可信度，同时成本低，不存在辐射危险，适合于卷烟生产质量控制或烟草物流监控等领域。有效地杜绝了缺条烟箱流入市场，造成卷烟厂家、经销商和消费者之间不必要的经济法律纠纷，甚至严重影响企业声誉的事件发生，具有广阔的应用前景。