煙支重量在線識(shí)別及控制 (1)2011-05-11 23:23:08來源:微型機(jī)與應(yīng)用

摘 要：主要介紹了一種低成本的基于DSP微控制器的在線識(shí)別煙支重量的方法。在介紹系統(tǒng)組成的基礎(chǔ)上，分析了系統(tǒng)的工作原理及對(duì)煙支重量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的實(shí)際算法和實(shí)現(xiàn)途徑，并通過在實(shí)際應(yīng)用中所取得的數(shù)據(jù)和以前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，得出整個(gè)系統(tǒng)改進(jìn)后的可行性和穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：DSP；重量識(shí)別；重量控制

煙的重量作為香煙品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，越來越受到煙廠的普遍關(guān)注。煙支重量的一致性與恒定性直接影響到香煙的吸阻、透氣度等品質(zhì)。高速卷煙生產(chǎn)過程中煙支重量的識(shí)別及控制,是整個(gè)高速卷煙機(jī)實(shí)時(shí)控制過程中最為復(fù)雜、技術(shù)含量最高的環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)外所使用的高速卷煙機(jī)上配備的煙支重量的識(shí)別及控制系統(tǒng)主要有基于紅外線掃描傳感器和基于核子掃描傳感器的兩種系統(tǒng)。其中，紅外掃描因受煙絲來料的溫度、濕度等外部因素影響較大，在使用過程中控制參數(shù)需經(jīng)常調(diào)整；核子掃描由于其性能穩(wěn)定且受煙絲來料的溫度、濕度以及外部因素影響不大而被廣泛采用。目前中高檔高速卷煙機(jī)上配備的煙支重量的識(shí)別及控制系統(tǒng)大多為基于核子掃描傳感器。本文所述煙支重量的識(shí)別及控制以核子掃描傳感器為例。

1 系統(tǒng)組成
由于煙支重量的識(shí)別過程的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求（要求>8 000支/min），煙支的采樣、跟蹤和剔出過程的強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求，以及與上位人機(jī)界面及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換的要求，本系統(tǒng)中的主控芯片采用DSP2407微處理器芯片。主控芯片負(fù)責(zé)對(duì)核子掃描信號(hào)的處理，形成與煙支重量相關(guān)的所有數(shù)據(jù)信息，識(shí)別不合格的煙支、軟點(diǎn)和硬點(diǎn)，形成煙絲分布狀態(tài)曲線、完成重量控制任務(wù)以及與上位人機(jī)界面及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。

　　　DSP2407[1]是TI公司生產(chǎn)的24X系列微控制器中的一員，采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，內(nèi)嵌Flash或ROM可選，兩個(gè)事件管理器模塊(EVA和EVB)，其中包括了兩個(gè)定時(shí)器[2]、8個(gè)16 bit脈寬調(diào)制（PWM）通道、3個(gè)外部事件的時(shí)間捕獲單元、片上正交譯碼接口電路。同時(shí)DSP還集成了CAN2.0、SCI、SPI、電源管理等模塊。

　　　除了主控芯片外，采用了一片Microchip公司的PIC16F877[3]單片機(jī)作為系統(tǒng)的I/O接口控制單元，完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集及控制指令輸出。PIC16F877通過I2C串行總線擴(kuò)展端口完成現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，包括產(chǎn)量計(jì)數(shù)、外部剔廢計(jì)數(shù)、故障及報(bào)警信息等，PIC16F877內(nèi)部集成有8 bit并行從動(dòng)口，可以很方便地與主控芯片并行實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。

　　　主控芯片通過外圍數(shù)據(jù)控制器PDC通道以RS232串行方式與上位機(jī)界面及數(shù)據(jù)庫之間實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。還通過外圍總線擴(kuò)展控制器EBI擴(kuò)展CAN總線接口及ETHENET接口與生產(chǎn)設(shè)備過程控制系統(tǒng)之間及生產(chǎn)車間管理信息系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。其原理框圖如圖1所示。


點(diǎn)擊看大圖

2 工作原理
2.1 煙支重量的識(shí)別[4]
重量控制必須以重量識(shí)別為前提，煙條重量的識(shí)別通過測(cè)試煙條中煙絲的密度而實(shí)現(xiàn)。煙條中煙絲的密度由核子掃描傳感器連續(xù)測(cè)量，通過轉(zhuǎn)軸編碼器將煙條分成可識(shí)別的微分段，旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)一周，輸出一個(gè)索引脈沖及256個(gè)增量脈沖，索引脈沖對(duì)應(yīng)實(shí)際煙支的切口位置(物理與電器上的對(duì)應(yīng)要通過切口校正完成)，這一位置表明一支煙的起點(diǎn)，實(shí)際上每個(gè)索引脈沖包含4支單煙即兩支雙倍長煙條。256增量脈沖對(duì)應(yīng)2支雙倍長煙條，每支單煙包含64個(gè)增量，所以，軸編碼器輸出的增量脈沖即為微分計(jì)量單位。圖2所示為煙支重量識(shí)別示意圖。


點(diǎn)擊看大圖

DSP2407微處理器的定時(shí)器0、定時(shí)器1工作于捕捉器方式，定時(shí)器0用于捕捉核子掃描器輸出的與煙支密度相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)的低電平寬度（大的脈沖低電平寬度對(duì)應(yīng)高的煙絲密度），每次捕捉事件產(chǎn)生時(shí)產(chǎn)生捕捉中斷，CPU以最高優(yōu)先級(jí)響應(yīng)該捕捉中斷，讀入本次掃描中斷時(shí)掃描脈沖信號(hào)低電平的寬度Wi（以μs計(jì)），同時(shí)通過定時(shí)器1讀入本次掃描中斷時(shí)所經(jīng)歷的煙條增量脈沖數(shù)INCi，讀出的掃描脈沖寬度代表當(dāng)前煙條一個(gè)增量微分?jǐn)嗟臒熃z密度，通過線性化查表及運(yùn)算可得對(duì)應(yīng)的煙條增量微分?jǐn)嗟拿芏戎礢egi：



點(diǎn)擊看大圖
其中K為核子掃描傳感器信號(hào)的比例系數(shù)，在放射源的半衰期內(nèi)其值不變，這里取K=1.3。


[1][2]